(57)【要約】【課題】  自転車は走行中，頻繁に減速，停止，加速を繰り返す。減速や停止によって無駄に放出されていたエネルギーを弾性エネルギーとして蓄え，加速時に使用することができれば，省エネルギーが達成され，環境にやさしい自転車の利用拡大につながる。本発明では，ワンタッチの操作で走行中のエネルギーを回収・再利用できる回生装置を提供する。【解決手段】  図１において，走行中に作動ピン１を押すことによってハブ９と内歯車１０が一体化し，車輪の回転はハブ９から内歯車１０に伝わり，内歯車の内側に組み込まれた渦巻きばね５を巻く（エネルギー回収）。作動ピン１を緩めると，ハブ９と内歯車１０の一体化は解消され，渦巻きばね５の復元トルクによって内歯車１０は逆転し，回転は遊星歯車１４，太陽歯車１７からラチェット１５を介してハブ９に伝わり，自転車は進行方向に加速される（再利用）。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車の前輪もしくは後輪のハブ内に，エネルギー回収用渦巻きばね，遊星歯車機構，クラッチ，ラチェット等を配置して，貫通軸内の作動ピンを押すことにより内歯車とハブを一体化して，ハブ（車輪）の回転エネルギーを内歯車と固定軸間の渦巻きばねに回収し，しかるのち，作動ピンを緩めることによって内歯車とハブの一体化を解消し，渦巻きばねの復元トルクを内歯車から遊星歯車，さらに太陽歯車に伝え，ラチェットを介してハブに伝達し，自転車を進行方向に加速することのできる自転車用のエネルギー回生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は，自転車の制動時に廃棄されるエネルギーを渦巻きばねに回収し，加速時のエネルギーとして再利用できる省力型自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】  自転車は，エネルギー資源の枯渇が予想される将来，構造が簡単で効率が高く，近距離用としては理想的な移動手段である。しかし，街中を走行する自転車は，安全を確保するために，信号はもちろん，通行人，他の自転車，通路の段差や障害物によって，頻繁に減速や急停止を行う必要がある。このとき，走行中の運動エネルギーはブレーキから熱となって放出される。本発明では，このエネルギーを再利用できるエネルギー回生装置を自転車の前輪または後輪に組み込み，省力型自転車を実現するものである。
【発明開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  本発明では，走行中の自転車がブレーキによって減速あるいは停止するときに浪費される運動エネルギーを弾性エネルギーとして一旦渦巻きばねに蓄え，加速時にそのエネルギーを再利用するエネルギー回生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  自転車の走行エネルギーを渦巻きばねに回収し，加速時に再利用する装置はこれまで多数提案されている。しかし，この装置を実現する上で問題となるのは，回収から再利用に至る一連の動作が瞬時に効率よく，ワンタッチで行えるかどうかである。本発明は，回収時に爪クラッチをオン，再利用時に爪クラッチをオフ，とするのみでエネルギーの回収・再利用動作を実現できる回生装置を提供する。
【発明の効果】
【０００５】  本発明は，以下の効果をもたらす。
（１）ブレーキ操作によるエネルギーの浪費が防止され，再利用されるのでエネルギーの有効利用につながる。
（２）エネルギーを再利用するので，疲れが少なく，結果として自転車利用による行動範囲が広がり，また自転車の走行速度の向上が図れる。
（３）ブレーキを繰り返し使用してもエネルギーが回収・再利用されるので，ブレーキ操作をためらうことなく頻繁に行えるので，自転車走行時の安全性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  図１は，自転車の後輪に回生装置を取り付けた図である。回生装置は，ハブ９に内蔵され，渦巻きばね５，遊星歯車１４，太陽歯車１７などからなる。走行中に作動ピン１が押されると，抑え３，スラスト軸受４を介してクラッチ板６は内歯車１０に押し付けられる。これにより，内歯車１０は，摩擦クラッチ１１を介してハブ９に連結される。同時に，内歯車１０は爪クラッチ８を介してクラッチ板６，スプライン２１を介してハブ蓋７から同じくハブ９に連結される。すなわち，作動ピン１を押すことにより，ハブ９と内歯車１０は一体化する。内歯車１０と巻胴１２（貫通軸１６とスプラインで結合）のあいだには渦巻きばね５が配置されており，ハブ９と内歯車１０の一体化により，ハブ９の回転は渦巻きばね５を巻き取る。この結果，自転車の走行エネルギーは渦巻きばね５に蓄えられる（図２）。このとき，内歯車１０の回転は，遊星歯車１４および太陽歯車１７に伝わるが，ラチェット１５の作用でハブ９に伝わることはない。
作動ピン１を緩めると，内歯車１０とハブ９の一体化が解消され，内歯車１０はハブ９に対して自由に回転できる。内歯車１０は，渦巻きばね５に蓄えられた弾性エネルギーによって逆転を始める。内歯車１０の逆転は，遊星歯車１４，太陽歯車１７，ラチェット１５を通過して，ハブ９を回転させ，自転車を進行方向に加速する（図３）。【０００７】  本発明による回生装置では，１個のクラッチのオン・オフ操作のみで走行エネルギーの回収・再利用が行われる。オン・オフ操作はワンタッチで瞬時に行うことができるので，走行中に頻繁に減速・加速を行う場合でも，損失の少ないエネルギー回生が可能である。【０００８】  弾性エネルギーでは，力（トルク）と変位（回転角）は比例関係にある。自転車の走行エネルギーが完全に回収されたとすれば，自転車が停止したとき，渦巻きばねのトルクは最大となる。このトルクをそのままタイヤに伝え再利用したとすれば，急発進やタイヤにスリップが生じる可能性がある。本発明では，再利用時のトルクが回収時の１／１．５から１／２程度になるように遊星歯車装置の太陽歯車および内歯車の歯数を設定する。【０００９】  本発明による回生装置において，蓄えたエネルギーが自転車の駐車時に放出される可能性があるが，作動ピンを押し続けておくことによりエネルギーは保存される。この問題は，クランプ付きレバーを採用することにより解消できる。【００１０】  本発明による回生装置は，前輪あるいは後輪に設置する。前輪の場合は，ブレーキ部１８，１９およびスプロケット２１を取り外し，作動ピンを前輪用ブレーキレバーによって駆動する。後輪に取り付ける場合（図１）は，後輪用ブレーキレバーの動作を回生装置のクラッチ用と緊急用ブレーキに分岐させる必要がある。この場合，レバーを浅く引いたときに回生装置が，レバーを深く引いたときに回生装置と緊急用ブレーキの両方が動作するようにする。【００１１】  本発明による回生装置は，走行エネルギーを回収して再利用する。したがって，エネルギーの蓄えがない場合は，人力によって加速しなければならない。巻胴１２の内部にギヤードモータを組み込み，自転車の停止時にモータを駆動し，エネルギーを蓄え，自転車の発進を容易にすることもできる。【００１２】  本発明による回生装置は，作動ピン１が押されていない状態で自転車を後退させると，渦巻きばね５が巻かれるので後退がやや困難になる。しかし，方向転換による後退量はわずかであり問題は大きな生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】「本発明による回生装置の構造図を示す」
【図２】「回生装置によるエネルギーの回収経路を示す」
【図３】「回生装置によるエネルギーの再利用経路を示す」
【符号の説明】
【００１４】１    作動ピン（押し込みでエネルギー回収，フリーで再利用）
２    ラチェット（チェーンスプロケット用）
３    押え（作動ピンの動きをクラッチ板に伝達）
４    スラスト軸受（ステーに対してクラッチ板の回転を許す）
５    渦巻きばね（エネルギー回収用；対称位置に複数個使用）
６    クラッチ板
７    ハブ蓋
８    爪クラッチ（回収時にクラッチ板と内歯車を固定）
９    ハブ
１０  内歯車（兼バネ容器）
１１  摩擦クラッチ（爪クラッチ８の反力を吸収）
１２  巻胴（貫通軸にスプラインで固定）
１３  遊星腕（貫通軸にスプラインで固定）
１４  遊星歯車
１５  ラチェット（回収時にハブから太陽歯車に回転が伝わるのを防止）
１６  貫通軸（フォークに固定）
１７  太陽歯車
１８  ブレーキドラム（緊急用ブレーキ）
１９  ブレーキシュー（緊急用ブレーキ）
２０  スポーク
２１  スプライン（ハブ蓋とクラッチ板を回転方向に固定）
２２  スプロケット（チェーン駆動用）
２３  フォーク
２４  タイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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