(57)【要約】【課題】  従来のシャフトドライブ式の変速装置では、変速幅が狭く、構造が複雑で、保守が難しいという問題点があった。【解決手段】  一端をペダル軸近傍、他端を車輪の中央部近傍になるようにドライブ軸を配置し、ペダル軸とドライブ軸の間に配設した第１の駆動力伝達手段、前記ドライブ軸、ドライブ軸と車輪ハブ部の間に配設した第２の駆動力伝達手段を介してペダル軸の駆動力を車輪に伝達する自転車において、ペダル軸側に設けられ円弧凹曲線を回転して得られる凹曲面を有する入力ディスクと、ドライブ軸側に設けられ円弧凹曲線を回転して得られる凹曲面を有する出力ディスクと、前記各ディスクの回転軸がなす平面内に回転軸を有するとともに両ディスクの凹曲面によって狭圧されるパワーローラとを備え、前記パワーローラを揺動して該パワーローラと各ディスクとの接する位置を移動することにより変速可能に構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端をペダル軸近傍、他端を車輪の中央部近傍になるようにドライブ軸を配置し、ペダル軸とドライブ軸の間に配設した第１の駆動力伝達手段、前記ドライブ軸、ドライブ軸と車輪ハブ部の間に配設した第２の駆動力伝達手段を介してペダル軸の回転力を車輪に伝達する自転車において、
少なくとも一方の駆動力伝達手段は駆動側に設けられ円弧凹曲線を回転して得られる凹曲面を有する入力ディスクと、従動側に設けられ円弧凹曲線を回転して得られる凹曲面を有する出力ディスクと、前記各ディスクの回転軸がなす平面内に回転軸を有するとともに両ディスクの凹曲面によって狭圧されるパワーローラとを備え、前記パワーローラを揺動して該パワーローラと各ディスクとの接する位置を移動することにより変速可能に構成したことを特徴とする自転車。
【請求項２】
前記入力ディスクをペダル軸に設け、出力ディスクをドライブ軸に設けた請求項１に記載の自転車。
【請求項３】
前記出力ディスクの円弧の曲率半径を入力ディスクより小さく形成した請求項１または２に記載の自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトドライブ式の自転車に関し、特に変速機能を有する自転車に関するものである。ここで、自転車とは、通常の二輪車に限らず、三輪車、四輪車なども含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
従来、シャフトドライブ式の自転車は既によく知られている。この方式はチェーン式やベルト式に比較してスプロケットやプーリーからのチェーンやベルトの脱輪がなく、また衣服の巻き込みがないという長所を有している。このシャフトドライブ式自転車にも、特許文献１や特許文献２のように変速装置を設けたものが提案されている。
【０００３】
ところが、特許文献１や特許文献２のような従来のシャフトドライブ式の変速装置では、変速幅が狭く、構造が複雑で、保守が難しいという問題点があった。
【特許文献１】特許第２５４４７４１号公報
【特許文献２】特許第３１５６７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記した両方の従来技術の問題点を解決するもので、構造が簡単であり、変速幅も広い変速機構を有するシャフトドライブ式自転車を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するために、一端をペダル軸近傍、他端を車輪の中央部近傍になるようにドライブ軸を配置し、ペダル軸とドライブ軸の間に配設した第１の駆動力伝達手段、前記ドライブ軸、ドライブ軸と車輪ハブ部の間に配設した第２の駆動力伝達手段を介してペダル軸の回転力を車輪に伝達する自転車において、少なくとも一方の前記駆動力伝達手段は駆動側に設けられ円弧凹曲線を回転して得られる凹曲面を有する入力ディスクと、従動側に設けられ円弧凹曲線を回転して得られる凹曲面を有する出力ディスクと、前記各ディスクの回転軸がなす平面内に回転軸を有するとともに両ディスクの凹曲面によって狭圧されるパワーローラとを備え、前記パワーローラを揺動して該パワーローラと各ディスクとの接する位置を変更することにより変速可能に構成したものである。そして、第１の駆動力伝達手段に前記入力ディスク、出力ディスク及びパワーローラを設けるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００６】
以上のように本発明に係る自転車によれば、以下の効果を奏する。
構造が簡単で、安価に製造できる。
変速比率の幅を広くとることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に係る自転車は、シャフトドライブ式の自転車であり、ペダルの駆動をドライブ軸を介して車輪に伝達するものであり、そのドライブ軸をペダル部と車輪部との間にわたって配置して実現したものである。ペダルの駆動はペダルがクランク状に取り付けられたペダル軸からドライブ軸へ駆動力を伝達する第１の駆動力伝達手段、前記ドライブ軸、該ドライブ軸から後輪ハブへ駆動力を伝達する第２の駆動力伝達手段を介して後輪ハブへと伝達される。第１の駆動力伝達手段は、ペダル軸に設けられた入力ディスクとドライブ軸に設けられた出力ディスクを、両ディスク間に設けたパワーローラに押圧して摩擦力を発生させて、ペダル軸の駆動をパワーローラを介してドライブ軸に伝達するものである。前記入力ディスクおよび出力ディスクは回転軸を中心に円弧凹曲線を回転して得られる凹曲面を有し、各ディスクの回転軸、つまり、ペダル軸とドライブ軸は、同一平面内に配置され、かつ、この平面断面における入力ディスクと出力ディスクの両方の内側の円弧は同心上に配置される。また、前記パワーローラは、前記両円弧の中心を通り、前記平面に直交するトラニオン軸に支持されるように設けられる。このトラニオン軸を回動することによりパワーローラの方向が揺動して、パワーローラと入力ディスクおよび出力ディスクの両ディスクとの接触位置が移動する。つまり、各ディスクにおけるパワーローラとの接触位置が移動するとペダル軸およびドライブ軸の軸心からの距離が相反するように変化し、ペダル軸の回転速度に対してドライブ軸の回転速度を増減することができるようになっている。
【０００８】
入力ディスクと出力ディスクの各円弧の曲率半径を異ならせて形成してもよい。この場合も、パワーローラの揺動の中心をペダル軸およびドライブ軸がなす平面内の各ディスクの円弧の中心点と一致させることにより、曲率半径を同一にした場合と同様に変速させることが可能である。そして、出力ディスクの円弧の曲率半径を入力ディスクに比較して小さくすれば、ドライブ軸から左右方向への突出を抑制でき、構造的、視覚的なバランスをよくできる。なお、パワーローラの揺動は段階的に設定した所定の位置に保持したり、あるいは任意の位置で保持することができるようにしておけばよい。
【０００９】
一方、第２の駆動力伝達手段については、ドライブ軸と後輪ハブの回転軸を同一平面上に配置すれば一対のベベルギヤまたはスパイラルベベルギヤを噛合させたものでよいし、同一平面上ではなく上下にずらして配置する場合は、一対のハイポイドギヤとすればよい。また、第１の駆動力伝達手段と同様な機構にすれば、変速比の幅をさらに拡大することができる。その他、確実に駆動力を伝達するものであれば他の伝達手段を用いてもよい。
なお、ペダルの駆動力を後輪に伝達させるのが一般的であるが、前輪へ伝達させるように構成しても良い。さらに、前後両輪へ伝達させるようにしてもよい。
【実施例】
【００１０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は一実施例における自転車の全体を示す側面図であり、図２はペダルから後輪まで駆動力を伝達する駆動力伝達機構を示す概略平面図、図３及び図４は変速機構を示す概略図である。フレーム１の中央下端部には軸受２，３を介してペダル軸４が回転可能に支持され、該ペダル軸４の左右両側には、それぞれ左右のペダル５，５を一端に備えるペダルアーム６，６がクランク状に取り付けられている。ペダル軸４の両ペダルアーム取付部の間には第１の駆動力伝達手段７、ドライブ軸８、第２の駆動力伝達手段９をカバーするとともに後輪ハブ１０を支持する後輪支持ブラケット１１が取り付けられている。後輪支持ブラケット１１は前端部に支持されるとともに、ペダル軸４から後方の中間上面部をサスペンション機構１２を介してフレーム１に取り付けられ、ペダル軸４を支点として上下方向に揺動可能になっている。
【００１１】
ペダル５，５から後輪ハブ１０への駆動力の伝達について詳細に説明すると、後輪支持ブラケット１１の内側には、ペダル部近傍から後輪ハブ部近傍にわたってほぼ水平で、かつ自転車の中心線にほぼ平行にドライブ軸８が軸受１３，１４，１５等を介して回転可能に設けられている。このドライブ軸８とペダル軸４との間に第１の駆動力伝達手段７が設けられ、ドライブ軸８と後輪ハブ１０との間に第２の駆動力伝達手段９が設けられている。
【００１２】
第１の駆動力伝達手段７はペダル軸４に設けられた入力ディスク１６とドライブ軸８に設けられた出力ディスク１７と両ディスク１６，１７間に狭持されるパワーローラ１８とを備えている。入力ディスク１６はその軸を中心にして円弧凹曲線を回転して得られる回転体であり、キーを介してペダル軸４に設けられるとともに皿バネ１９によって左方へ付勢されている。同様に、出力ディスク１７はその軸を中心にして円弧凹曲線を回転して得られる回転体であり、キーを介してドライブ軸８に設けられるとともに皿バネ２０によって前方に付勢されている。
そして、ペダル軸４とドライブ軸８は同一の平面内に配設されるとともに、両軸がなす平面内での断面において、入力ディスク１６と出力ディスク１７の内側の各円弧の中心点が一致するように配置されている。
【００１３】
また、前記パワーローラ１８はウレタンゴムなど弾力性を有する材質からなり、ペダル軸４とドライブ軸８の間には両軸の間で両軸がなす平面内に設けられた回転軸２１に支持されている。そして、回転軸２１は回転ドラム２２の中央部に軸受２３，２４を介して回転可能に支持され、回転ドラム２２の両端部には小径の軸部が形成されてトラニオン軸２５を構成している。このトラニオン軸２５は前記ペダル軸４及びドライブ軸８がなす平面に直交するように、前記後輪支持ブラケット１１の内側面から突き出すようにして設けられた図示しないブラケットに軸受２３，２４を介して回転可能に支持されている。また、パワーローラ１８は、前記回転ドラム２２の胴部より径が大きいために、回転ドラム２２から一部突出しており、この突出部分で入力ディスク１６と出力ディスク１７に接している。回転ドラム２２の一端には大径部２２ａが設けられており、変速時にトラニオン軸２５を回動させる変速用ワイヤ２９が適宜数巻回されている。なお、図示していないが、回転ドラムの大径部２２ａから変速用ワイヤ２９が外れないようにフランジが設けられている。
【００１４】
ハンドル支持部３０近傍には変速比を切り換えるための変速用ノブ３１が設けられている。この変速用ノブ３１は一端をハンドル支持部３０に取り付けた保持部材３２にスプリングプランジャ３３を介して保持され、他端にはローレットが外周部に設けられ、中央部には前記変速用ワイヤ２９が適宜数巻回されている。また、変速用ワイヤ２９は無端状に形成され、張力が付与されて変速用ノブ３１の中央部と回転ドラムの大径部２２ａとの間で架け渡されている。このため、変速用ノブ３１を手動で回すことによって、変速用ワイヤ２９を介して前記トラニオン軸２５が回動され、トラニオン軸２５と一体となっている回転ドラム２２に支持されているパワーローラ１８が揺動して、パワーローラ１８の入力ディスク１６と出力ディスク１７とのそれぞれの接触位置が移動するようになっている。なお、保持部材３２に保持される変速用ノブ３１の外周面には複数の凹部３１ａが穿設され、この凹部３１ａにスプリングプランジャ３３が嵌入することによって所定の位置で変速用ノブ３１を保持するようになっている。
【００１５】
図５から図７はそれぞれ等速、増速、減速となるパワーローラ１８の位置を示したものであり、入力ディスク１６と出力ディスク１７のそれぞれのパワーローラ１８との接点とペダル軸４およびドライブ軸８との距離をそれぞれＲおよびｒとして示しているものである。本実施例では入力ディスク１６と出力ディスク１７が同一の大きさであることから、図５に示すようにＲとｒが等しい位置では、ペダル軸４の回転速度に対してドライブ軸８の回転速度は等しくなる。そして、図５に示した状態に対して、図６に示すようにＲが大きくｒが小さい位置ではペダル軸４の回転速度に対してドライブ軸８の回転速度は速くなり、また、図７に示すようにＲが小さくｒが大きい位置ではペダル軸４の回転速度に対してドライブ軸８の回転速度は遅くなるものである。
【００１６】
次に、図２および図８に示した第２の駆動力伝達手段９について説明すると、第２の駆動力伝達手段９は、ドライブ軸８の後端部に取り付けられた駆動側ハイポイドギヤ３４と、後輪ハブ１０の側面に取り付けられた従動側ハイポイドギヤ３５とを備え、両ハイポイドギヤ３４，３５が噛合してドライブ軸８から後輪ハブ１０に駆動力を伝達するようになっている。後輪ハブ１０は後輪支持ブラケット１１の後端部内側部にドライブ軸８より上方に中心を有して形成したリング状突出部１１ａに軸受３６，３７を介して設けられた従動側ハイポイドギヤ３５に一体に取り付けられている。そして、後輪ハブ１０は、駆動回転力を一方にのみ伝達することができる一方向クラッチ機構（図示せず）を内蔵しており、後輪３８が図示しない一方向クラッチ機構を介して後輪ハブ１０に取り付けられている。なお、図１中３９は前輪であり、４０はハンドル、４１はサドルである。
【００１７】
次に、上記のような構成の自転車の動作について説明すると、通常の運転時、ペダル軸４の駆動は第１の駆動力伝達手段７、ドライブ軸８、第２の駆動力伝達手段９を介して後輪ハブ１０に伝達されることによって、後輪３８が回転し前進するようになっている。更に詳しく説明すると、自転車を前進させる方向にペダル５，５がこがれると、ペダル軸４が回転し、入力ディスク１６も一体となって回転する。そして、入力ディスク１６が皿バネ１９によって押し付けられているパワーローラ１８へと伝達され、更にパワーローラ１８から該パワーローラ１８に皿バネ２０によって押し付けられている出力ディスク１７へと伝達されて、ドライブ軸８が回転するようになっている。この際、パワーローラ１８は所定の位置に保持されて一定の変速比でペダル軸４からドライブ軸８へ駆動力を伝達する。さらに、ドライブ軸８とともに、駆動側ハイポイドキヤ３４が回転し、その駆動側ハイポイドキヤ３４に噛合している従動側ハイポイドキヤ３５が回転し、従動側ハイポイドキヤ３５と一体となっている後輪ハブ１０が回転する。前進方向では後輪ハブ１０内の図示しない一方向クラッチは駆動力を伝達して後輪３８を回転させ、前進するようになっている。
【００１８】
前進させる方向とは逆方向にペダル５，５が回された場合には、前進時と同様に駆動力はペダル軸４、第１の駆動力伝達手段７、ドライブ軸８、第２の駆動力伝達手段９と順次伝達されるが、後輪ハブ１０内の図示しない一方向クラッチが伝達しないために後輪３８は回転しないようになっている。
【００１９】
そして、変速したい場合は、ペダル５，５をこぎながら手動により変速用ノブ３１を所望の方向に回動してパワーローラ１８を揺動させることによって、変速用ワイヤ２９を介してパワーローラ１８と入力ディスク１６および出力ディスク１７との接触位置が移動して所望の変速比にする。この際、入力ディスク１６とパワーローラ１８の接点とペダル軸４との距離Ｒを大きくかつ出力ディスク１７とパワーローラ１８の接点とドライブ軸８との距離ｒを小さくする方向に変速用ノブ３１を回すと自転車は増速することになり、逆の方向に回すと減速することになる。なお、変速時にペダル５，５をこぐ方向はどちらでもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例による自転車の概略側面図である。
【図２】本実施例の第１の駆動力伝達手段を示す概略平面図である。
【図３】第１の駆動力伝達手段のパワーローラの支持部を示す要部側面図である。
【図４】第１の駆動力伝達手段の変速用ノブの支持部を示す平面断面図である。
【図５】第１の駆動力伝達手段における等速時の状態を示す概略図である。
【図６】第１の駆動力伝達手段における増速時の状態を示す概略図である。
【図７】第１の駆動力伝達手段における減速時の状態を示す概略図である。
【図８】本実施例の第２の駆動力伝達手段を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００２１】
４  ペダル軸
７  第１の駆動力伝達手段
８  ドライブ軸
９  第２の駆動力伝達手段
１０  後輪ハブ
１６  入力ディスク
１７  出力ディスク
１８  パワーローラ
２５  トラニオン軸
３８  後輪
【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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