(57)【要約】【課題】構造が簡単で安価に製造できるとともに、変速幅を広くとることができる自転車を提供する。【解決手段】フレーム側に回転可能に設けられたペダルと、該ペダルの回転軸に平行な軸に回転可能に設けられた車輪と、前記ペダルの回転を前記車輪に伝達する駆動力伝達手段とを備えている。前記駆動力伝達手段は、車輪の側面に対して平行にかつ回転可能に設けられたドライブシャフトと、該ドライブシャフトを軸に外周が前記車輪の側面に当接するドライブローラと、該ドライブローラを前記ドライブシャフトの軸方向に移動させるドライブローラ移動手段と、ペダルの回転をドライブシャフトに伝達する歯車伝達手段とからなる。前記ドライブローラ移動手段によりドライブローラを車輪の半径方向に移動させることにより変速する。【選択図】          図３
2005059622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム側に回転可能に設けられたペダルと、該ペダルの回転軸に平行な軸に回転可能に設けられた車輪と、前記ペダルの回転を前記車輪に伝達する駆動力伝達手段とを備え、ペダルをこぐことにより駆動力伝達手段を介して車輪を回転させて前進する自転車において、前記駆動力伝達手段は、前記車輪の側面に対して平行にかつ回転可能に設けられたドライブシャフトと、該ドライブシャフトを軸に外周が前記車輪の側面に当接するドライブローラと、該ドライブローラを前記ドライブシャフトの軸方向に移動させるドライブローラ移動手段と、前記ペダルの回転を前記ドライブシャフトに伝達する歯車伝達手段とからなり、前記ドライブローラ移動手段によりドライブローラを車輪の半径方向に移動させることにより変速することを特徴とする自転車。
【請求項２】
前記ドライブローラは車輪の一方の側面と他方の側面にそれぞれ当接するように２つ設けられた請求項１に記載の自転車。
【請求項３】
前記ドライブローラ移動手段はペダルを回転することにより車輪との当接する位置を移動可能である請求項１または２に記載の自転車。
【請求項４】
前記ドライブローラ移動手段は、前記ドライブシャフトを中空状に形成するとともに軸方向に沿って貫通溝を形成し、前記ドライブシャフトの中空部に回転可能に支持されたボールスクリュ軸と、該ボールスクリュ軸に係合するとともに前記貫通溝に嵌入されてこの貫通溝に沿ってスライド可能なスライド部材とを備え、前記スライド部材にドライブローラを取り付け、前記ドライブシャフトと前記ボールスクリュ軸を相対的に回転させてスライド部材を貫通溝に沿って移動させることにより、前記ドライブローラをドライブシャフトの軸方向に移動させるようにした請求項１から３のいずれかに記載の自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変速手段を有する自転車に関する。ここで、自転車とは、通常の二輪車に限らず、電動機付二輪車や三輪車、四輪車なども含み、人力により推進力を得る乗物をいうものとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、チェーン駆動による多段式の変速装置を備えた自転車はよく知られている。そして、この方式の変速装置の欠点である複雑な構造を簡素化し、しかも無段変速を可能にした自転車が提案されている（特許文献１参照）。
また、チェーン駆動のほかにシャフトドライブ式の自転車も提案されており、この方式の自転車にも変速装置が装着されている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
登録実用新案第３００７４０４号
【特許文献２】
特許第２５４４７４１号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のチェーン駆動式の多段変速装置では、スプロケットからのチェーンの脱輪や、チェーン駆動部による衣服の汚れの付着や巻き込みといったことがおこるというチェーン駆動式特有の問題点を有していた。
また、シャフトドライブ式自転車では、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。
そこで、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自転車を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フレーム側に回転可能に支持されたペダルと、該ペダルの回転軸に平行な軸に回転可能に支持された車輪と、前記ペダルの回転を前記車輪に伝達する駆動力伝達手段とを備え、ペダルをこぐことにより駆動力伝達手段を介して車輪を回転させて前進する自転車において、前記駆動力伝達手段は、前記車輪の側面に対して平行にかつ回転可能に設けられたドライブシャフトと、該ドライブシャフトを軸にして外周が前記車輪の側面に当接するドライブローラと、該ドライブローラを前記ドライブシャフトの軸方向に移動させるドライブローラ移動手段と、前記ペダルの回転を前記ドライブシャフトに伝達する歯車伝達手段とからなり、前記ドライブローラ移動手段により前記ドライブローラを前記車輪の半径方向に移動させることにより変速する自転車である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る自転車は、車輪の側面、好ましくは車輪のハブ部の側面を平面状に形成して実現したものである。ペダルの駆動を伝達されるドライブローラを車輪の側面に押圧することにより、駆動を摩擦力により伝達するものである。そして、ドライブローラを車輪の半径方向に移動させることにより、変速比率を変更するものであるが、ドライブローラの位置を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に設定するようにしてもよい。また、車輪は回転軸側の幅を大きくし、周辺部の幅を小さくしたそろばん玉状に形成しても良く、この場合にはドライブシャフトを車輪の側面に平行となるように中心線から傾斜させて設けることになる。また、ドライブローラは車輪の両側面を押圧するように車輪を挟んで２つ設けてもよいし、一方の側にのみ設けてもよい。さらに、ペダル軸から後輪へ駆動力を伝達させるようにしても良いし、前輪へ伝達させるようにしてもよいし、前後輪両方へ伝達させるようにしてもよい。ドライブローラをドライブシャフトの軸方向で移動させるドライブローラ移動手段としては後述する実施例のようにペダルを回転することにより移動させてもよいが、ワイヤを用いて手動で移動させるような構造とすればペダルをこぎながら変速させることが可能である。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は一実施例による自転車の全体を示す側面図であり、図２はその変速機構を示す概略側面図、図３はその平面図である。図４から図９は駆動力伝達手段の詳細図である。フレーム１の中央下端部にはベアリングを介してペダル軸２が回転可能に支持され、該ペダル軸２の左右両側には、それぞれ左右のペダル３ａ，３ｂを一端に備えるペダルアーム４ａ，４ｂが相反する方向に取り付けられている。ペダル軸２の両ペダルアーム取付部の間には駆動力伝達機構部をカバーするとともに、リヤホィール軸５を支持するリヤホィールブラケット６が取り付けられている。リヤホィールブラケット６はペダル軸２を中心として揺動可能で、ペダル軸２後方の上面にサスペンション機構７を介してフレーム１に取り付けられている。
【０００８】
リヤホィール８は、リヤホィール軸５にベアリングを介して回転可能に設けられるリヤホィール基部９と、該リヤホィール基部９を中心に固定されたリヤホィールハブ１０と該リヤホィールハブ１０の外周に取り付けられたタイヤ１１とからなり、リヤホィールハブ１０は左右両側の平板とその内側のハニカム部から構成され、本実施例では左右両平板は平行になっている。
【０００９】
次に、ペダル３ａ，３ｂからリヤホィール８への駆動力伝達機構について詳細に説明する。ペダル軸２にはリヤホィールブラケット６の内側に大径のベベルギヤ１２ａ、１２ｂが左右両側にそれぞれ固定されている。
リヤホィールブラケット６には、ペダル軸２中心とリヤホィール軸５中心とを含む平面内にリヤホィール８を挟んで左右両側にリヤホィールハブの平板と平行に２本の中空ドライブシャフト１３ａ、１３ｂが回転可能に配設されている。
【００１０】
各中空ドライブシャフト１３ａ，１３ｂの前端部には、小径のベベルギヤ１４ａ、１４ｂが固定され、それぞれペダル軸２に取り付けた大径の各ベベルギヤ１２ａ、１２ｂとそれぞれ噛合しており、ペダル軸２の回転を中空ドライブシャフト１３ａ，１３ｂに伝達する歯車伝達手段を構成している。なお、ペダル軸２が回転すると、左右の中空ドライブシャフト１３ａ，１３ｂは相反する方向に回転することになる。
【００１１】
次に、リヤホィール８の右側に設けたドライブローラ移動手段について説明すると、中空ドライブシャフト１３ａの中央外周部には図９に示すようにスプライン部１５が形成されるとともに、軸方向に延びる２つの貫通溝１６、１７が形成されている。各貫通溝１６，１７には、内方にこの溝に沿う方向に２つの半球状の凹部が形成されたスライド部材としてのスライドキー１８，１９が嵌入されている。また、中空ドライブシャフトの中空部にはスリーブ２０，２１を介して２条のボールネジ溝２２が形成されたボールスクリュ軸２３ａが回転可能に保持されている。そして、スライドキー１８，１９の凹部に嵌入されたボール２４，２５の突出部がボールスクリュ軸２３ａのネジ溝２２に嵌入するようになっていて、中空ドライブシャフト１３ａに対してボールスクリュ軸２３ａを相対回転させることで、スライドキー１８，１９が中空ドライブシャフト１３ａの貫通溝１６，１７に沿って軸方向に移動するようになっている。
【００１２】
中空ドライブシャフト１３ａに取り付けられた小径のベベルギヤ１４ａの内側前方には、図５に示すように円錐凹状のテーパ面２４が形成されている。また、そのテーパ面２４に対抗するテーパ面２５が形成されたブレーキシュ２６がボールスクリュ軸２３ａにスライド可能に設けられている。このブレーキシュ２６の前端面にはつば付きのギヤ２７が取り付けられている。ボールスクリュ軸２３ａの最前端にはスプリング係止部材２８が取り付けられ、このスプリング係止部材２８と前記ギヤ２７ａとの間にブレーキシュ２６を後方へ付勢するスプリング２９が介装されている。このスプリング２９により中空ドライブシャフト１３ａに設けられたテーパ面２４にボールスクリュ軸２３ａに設けられたテーパ面２５が押圧され、中空ドライブシャフト１３ａとボールスクリュ軸２３ａは一体的に回転される。
リアホィール８の左側も同様な構造をしている。但し、中空ドライブシャフト１３ｂ内に設けられるボールスクリュ軸２３ｂは、ボールスクリュ軸２３ａとはネジ溝の方向が逆に形成されており、回転方向は左右逆になる。
【００１３】
そして、左右のギヤ２７ａ，２７ｂの間には２つのギヤ３０ａ，３０ｂが噛合していて、ギヤ２７ａ，２７ｂは常に連動し等速で回転するようになっている。また、図７に示すように、ギヤ３０ａ，３０ｂはギヤホルダ３１に回転可能に支持され、ギヤホルダ３１はリヤホィールブラケット６に前後方向に移動可能に設けられ、ハンドル等に設置される図示しない変速用レバーに接続するワイヤ３２が前方に取り付けられているもので、図示しない変速用レバーを操作することによりワイヤ３２が引っ張られて、ギヤホルダ３１及びギヤ３０ａ，３０ｂを前方へ移動するようになっている。
【００１４】
ワイヤ３２が引っ張られると、図６に示すように、ギヤ３０ａの前側の側面がギヤ２７ａのつばを押し込み、スプリング２９の付勢力に抗してギヤ２７ａ及びブレーキシュ２６を前方へ移動させるようになっている。これよって中空ドライブシャフト１３ａのテーパ面２４からボールスクリュ軸２３ａのテーパ面２５が隔離する。つまり、中空ドライブシャフト１３ａとボールスクリュ軸２３ａとは非連結状態となり、ペダルを回転した時に中空ドライブシャフト１３ａが回転してもボールスクリュ軸２３ａは回転しないことになる。そして、この状態で、ペダル軸２を回転させると、前記スライドキー１８，１９が貫通溝１６，１７に沿って移動するものである。
【００１５】
前記スライドキー１８，１９は、回転力を一方にのみ伝達することができるワンウェイクラッチ３３に取り付けられている。
ワンウェイクラッチ３３は、図８，９に示すように内側にスライドキー１８，１９を取り付けた、外周面に等間隔で所定の凹凸形状を形成したインナーレース３４と、該インナーレース３４にベアリングを介して回転可能に設けられ、外周にドライブローラ３５を有するアウターレース３６と、インナーレース３４とアウターレース３６の間にほぼ等間隔で配置される複数のローラピン３７等から構成されている。
ドライブローラ３５は、リヤホィール８の側面に強く押圧されている。これより、ドライブローラ３５外周とリヤホィール８の側面との間に働く摩擦力によりドライブローラ３５からリヤホィール８に駆動力が伝達されるようになっている。なお、図３においてペダル軸２を矢印Ａで示す方向に回転したとき、左右のドライブローラ３５はリヤホィール８を自転車を前進させる方向に回転し、この方向に回転するときにはワンウェイクラッチ３３は複数のローラ３７が図９の実線で示した位置に転動して回転力を伝達する。逆に、図３の矢印Ａの反対方向に回転したときは、複数のローラ３７は図９の２点鎖線で示した位置となり、ペダルがフリーで回転するようになる。なお、リヤホィールの左側のドライブローラ移動手段については中空ドライブシャフト１３ｂの回転方向は逆方向となるが、右側と同様の構造となっており、左右のドライブローラ３５のリヤホィールとの接触位置は常に同一になっている。また、ドライブローラ３５の移動範囲はリヤホィール８側面の半径方向にほぼ全域にわたるものとなっており、非常に広い変速幅が得られるようになっている。そして、リヤホィールブラケット６はドライブローラ３５の移動範囲において干渉しないように切り欠かれ、中空ドライブシャフト１３ａ，１３ｂが外部に露出しないように伸縮可能な蛇腹によりカバーされている。
【００１６】
次に、上記構成の自転車の動作について説明する。
通常の運転時、中空ドライブシャフトのテーパ面２４とボールスクリュ軸のテーパ面２５とはスプリング２９によって互いに当接している状態であり、中空ドライブシャフト１３ａ，１３ｂとボールスクリュ軸２３ａ，２３ｂとはそれぞれ一体となって回転するようになっている。この状態で、ペダル３ａ，３ｂがこがれると、その駆動力はペダル軸２が回転し、大径のベベルギヤ１２ａ，１２ｂから小径のベベルギヤ１４ａ，１４ｂ、中空ドライブシャフト１３ａ，１３ｂ、ドライブローラ３５、３５を介してリヤホィール８に伝達され、自転車は前進する。
【００１７】
変速時には、ペダル３ａ，３ｂをこぐのを停止する。すると、ワンウェイクラッチ３３のローラ３７は、図９に２点鎖線で示したフリーの位置となり、インナーレース３４とアウターレース３６とは駆動力を伝達しないようになる。そして、図示しない変速用レバーを操作してワイヤ３２を引張ることにより、ギヤホルダ３１を介してギヤ３０ａ，３０ｂが前方へ移動し、さらにギヤ３０ａ，３０ｂがギヤ２７ａ，２７ｂのつばを介してギヤ２７ａ，２７ｂとブレーキシュ２６を前方へ移動させる。こうして中空ドライブシャフトのテーパ面２４とボールスクリュ軸のテーパ面２５とは隔離された状態となる。この状態でペダルを図３の矢印Ａの方向へまわすと、スライドキー１８，１９が貫通溝１６，１７に沿って前方へ移動し、ドライブローラ３５は前方へ移動する。逆に矢印Ａとは逆の方向に回すことによってドライブローラ３５は後方へ移動することになる。所望の位置でペダルを回すのを停止し図示しない変速用レバーをはなすと、スプリング２９により前記各テーパ面２４，２５が当接して中空ドライブシャフト１３ａ，１３ｂとボールスクリュ軸２３ａ，２３ｂが再び一体となり、ペダルをこぐことにより通常の運転時の状態となり前進する。
【００１８】
【発明の効果】
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。
【図面の簡単な説明】
【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】本実施例の駆動機構を示す概略側面図である。
【図３】図２の駆動機構の概略平面図である。
【図４】本実施例の駆動力伝達手段の平面断面図である。
【図５】図４の通常運転時の要部拡大図である。
【図６】図４の変速時の要部拡大図である。
【図７】図４の要部拡大断面図である。
【図８】ドライブローラ支持部の軸方向断面図である。
【図９】ドライブローラ支持部の図８と直交する方向の断面図である。
【符号の説明】
２  ペダル軸
３ａ，３ｂ  ペダル
５  リヤホィール軸
８  リヤホィール
１２ａ，１２ｂ  大径のベベルギヤ
１３ａ，１３ｂ  中空ドライブシャフト
１４ａ，１４ｂ  小径のベベルギヤ
１８，１９  スライドキー
２３ａ  ボールスクリュ軸
３５  ドライブローラ
【図１】
2005059622.tif 000003
【図２】
2005059622.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005059622.tif 000008
【図７】
2005059622.tif 000009
【図８】
2005059622.tif 000010
【図９】
2005059622.tif 000011