(57)【要約】【課題】ペダル９へ加えられる踏力に応じてアシストすると共に、自転車を後退させた場合にも、運転者に負荷をかけずにスムーズな後退ができるエアアシスト自転車を提供する。【解決手段】本願発明は、ペダルギヤ８に加わる踏力に応じて作動するレギュレータ３０により踏力に応じたアシスト力を発生させるとともに、アシストギヤ５０とペダルギヤ８との間に設けた逆入力遮断クラッチ５５により、自転車をバックさせた場合に、ペダルギヤ８からアシストギヤ軸５３への回転の伝達を遮断する。【選択図】図２
2012030777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体フレームと、
前記車体フレームに回転可能に支持された駆動輪と、
前記車体フレームに支持され前記駆動輪の回転をアシストするアクチュエータと、
前記アクチュエータに接続され前記アクチュエータにより回転するアシストギヤと、
前記車体フレームに支持され圧縮空気を貯蔵するタンクと、
前記アクチュエータと前記タンクの間に設けられ圧縮空気を送る管路と、
前記車体フレームに回転可能に支持され踏力により回転するペダルギヤと、
前記ペダルギヤに係合し前記駆動輪に駆動力を伝達するチェーンと、
前記ペダルギヤに支持され前記ペダルギヤに加わる踏力に応じて作動する第１バルブと、
前記ペダルギヤに支持され前記ペダルギヤの所定の回転位置に応じて作動する第２バルブと、
前記アクチュエータと前記アシストギヤとの間に設けられたクラッチ機構と、
を備え、
前記クラッチ機構は、前記ペダルギヤに接続するアシストギヤと、ワンウェイクラッチと、逆入力遮断クラッチと、前記アクチュエータに接続するアシストギヤ軸と、
を備えることを特徴とするエアアシスト自転車。
【請求項２】
前記逆入力遮断クラッチは、前記アシストギヤから前記アシストギヤ軸への回転の伝達を遮断することを特徴とする請求項１に記載のエアアシスト自転車。
【請求項３】
前記第１バルブは、前記ペダルギヤの前記車体フレームに対する上下方向の相対移動量に応じて作動することを特徴とする請求項２に記載のエアアシスト自転車。
【請求項４】
前記第２バルブは、前記ペダルギヤの前記車体フレームに対する回転方向の相対移動量に応じて作動することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のエアアシスト自転車。
【請求項５】
前記アクチュエータは、シリンダと、前記シリンダ内で摺動可能に設置され前記アシストギヤを回転駆動するピストンとを備え、前記ワンウェイクラッチは前記ピストンが後退する場合に前記アシストギヤ軸から前記アシストギヤへの回転の伝達を遮断することを特徴とする請求項４に記載のエアアシスト自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮空気により駆動をアシストするエアアシスト自転車に関し、特には、自転車をバックさせた場合に、運転者に負荷を生じさせないエアアシスト自転車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、踏力に応じたエアを供給するエアアシスト自転車が知られている（例えば、特許文献1参照）。
特許文献１には、チェーン１０の張りを一定に保つテンショナ１８を駆動力センサとして用いることによって、テンショナ１８の変位量に応じてエアバルブ１７を開き、ペダル９へ加えられる踏力に応じたアシスト力を発生させ、そのアシスト力を、ワンウェイクラッチ２３によって、アシスト駆動時にのみペダル９に伝動するエアアシスト自転車が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2005-126002号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のエアアシスト自転車は、ワンウェイクラッチ２３をペダルクランク７と補助伝動機構１６の補助駆動ベルト１５及びプーリ２２の間に設けることによって、アシスト駆動時にのみ、プーリ２２の回転をペダルクランク７に伝動するものである。
しかし、この特許文献１に記載のエアアシスト自転車に記載のワンウェイクラッチ２３及び２１は、自転車を前進させる場合には、前記のように、アシスト力を遮断するだけでなく、ペダルクランク７の空回転を許容するなどの機能を持つものであるが、自転車を後退させた場合には、逆に、後輪６の回転駆動力が、チェーン１０、駆動スプロケット８、プーリ２２、ベルト１５等を介して、ペダルクランク７やエアモータ１４に伝わる。
従って、自転車を後退させた時には、運転者に負荷をかけ、スムーズな後退ができない場合がある。
【０００５】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、ペダル９へ加えられる踏力に応じてアシストすると共に、自転車を後退させた場合にも、運転者に負荷をかけずにスムーズな後退ができるエアアシスト自転車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】
【０００６】
前記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、車体フレームと、前記車体フレームに回転可能に支持された駆動輪と、前記車体フレームに支持され前記駆動輪の回転をアシストするアクチュエータと、前記アクチュエータに接続され前記アクチュエータにより回転するアシストギヤと、前記車体フレームに支持され圧縮空気を貯蔵するタンクと、前記アクチュエータと前記タンクの間に設けられ圧縮空気を送る管路と、前記車体フレームに回転可能に支持され踏力により回転するペダルギヤと、前記ペダルギヤに係合し前記駆動輪に駆動力を伝達するチェーンと、前記ペダルギヤに支持され前記ペダルギヤに加わる踏力に応じて作動する第１バルブと、前記ペダルギヤに支持され前記ペダルギヤの所定の回転位置に応じて作動する第２バルブと、前記アクチュエータと前記アシストギヤとの間に設けられたクラッチ機構とを備え、前記クラッチ機構は、前記ペダルギヤに接続するアシストギヤと、ワンウェイクラッチと、逆入力遮断クラッチと、前記アクチュエータに接続するアシストギヤ軸とを備えることである。
【０００７】
前記の課題を解決するため、請求項２に係る発明の特徴は、前記逆入力遮断クラッチは、前記アシストギヤから前記アシストギヤ軸への回転の伝達を遮断することである。
【０００８】
前記の課題を解決するため、請求項３に係る発明の構成上の特徴は、前記第１バルブは、前記ペダルギヤの前記車体フレームに対する上下方向の相対移動量に応じて作動することである。
【０００９】
前記の課題を解決するため、請求項４に係る発明の構成上の特徴は、前記第２バルブは、前記ペダルギヤの前記車体フレームに対する回転方向の相対移動量に応じて作動することである。
【００１０】
前記の課題を解決するため、請求項５に係る発明の構成上の特徴は、前記アクチュエータは、シリンダと、前記シリンダ内で摺動可能に設置され前記アシストギヤを回転駆動するピストンとを備え、前記ワンウェイクラッチは前記ピストンが後退する場合に前記アシストギヤ軸から前記アシストギヤへの回転の伝達を遮断することである。
【発明の効果】
【００１１】
前記のように構成した請求項１乃至請求項５に係る発明によれば、ペダル９へ加えられる踏力に応じてアシストすると共に、自転車を後退させた時にも、運転者に負荷をかけずにスムーズな後退ができるエアアシスト自転車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明のエアアシスト自転車の全体構成を示す構成図である。（実施例１）
【図２】図２は、本発明の概要を示す模式図である。
【図３】図３は、図１に示すディストリビュータの詳細図である。
【図４】図４は、図３に示すディストリビュータの更なる詳細図である。
【図５】図５は、本発明のディストリビュータの作動範囲を示す説明図である。
【図６】図６は、図１に示すクラッチ機構の模式図である。
【図７】図７は、図６に示すクラッチ機構の構成図である。
【図８】図８は、図７に示す逆入力遮断クラッチの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
（実施例１）
図１は、本発明のエアアシスト自転車の全体構成を示す構成図である。車体フレーム１の前部には、フロントフォーク２を介して前輪３が支持され、ハンドル４により操向自在となっている。車体フレーム１の後部には、後輪６が支持されている。車体フレーム１の中央下部には、ペダル９及びペダルクランク７が支持され、同軸でペダルギヤ８が設けられている。ペダルギヤ８は、ペダル９へ加えられる踏力により回転駆動され、チェーン１０を介して、後輪ギヤ１２に駆動力が伝えられる。ペダルクランク７、ペダルギヤ８、チェーン１０及び後輪ギヤ１２は、主伝動機構１３を構成する。
【００１４】
車体フレーム１の中央下部には、詳細は後述するレギュレータ３０及びディストリビュータ７０が設けられ、また、車体フレーム１の中央部には、アシストギヤ５０、ピストン６０及びシリンダ６１が設けられている。車体フレーム１の中央上部には、圧縮空気を貯蔵するエアタンク４０及びエアを所定圧まで減圧する減圧レギュレータ８０が取り付けられている。ピストン６０により回転駆動されるアシストギヤ５０の駆動力は、チェーン５１を介してペダルギヤ８に伝えられる。このレギュレータ３０、ディストリビュータ７０、アシストギヤ５０、ピストン６０、シリンダ６１、チェーン５１、エアタンク４０及び減圧レギュレータ８０は、補助伝動機構１６を構成する。なお、シリンダ６１は、図示しない内部のバネによって、ピストン６０を元に戻す機構を内蔵している。
【００１５】
図２は、本発明の概要を示す模式図であり、特に、補助伝動機構１６が踏力に応じたエアアシスト力を発生するしくみを説明する図である。
車体フレーム１の中央下部には、レギュレータ３０のレギュレータボディ３１が固定され、レギュレータボディ３１には、エアタンク４０に連通する入口ポート３２、弁座３４、ディストリビュータ７０を介してシリンダ６１に連通する出口ポート３３が設けられている。また、レギュレータボディ３１には、ペダルギヤ８のペダル軸２０のサポート軸受２１を支持するロッド２２が、上下方向に移動可能にスプリング２３により上方に付勢された状態で支持されている。
ロッド２２の下端部に設けられた逆テーパ形状のポペット弁２４と、レギュレータボディ３１の弁座３４とで、バルブ部が形成されている。
【００１６】
従って、ペダル９（右ペダル９R及び左ペダル９L）を踏む踏力に応じて、ロッド２２が下降して、ポペット弁２４と弁座３４とで形成されるバルブ部が開き、その開度に応じたエアが、エアタンク４０から入口ポート３２、弁座３４、出口ポート３３を介して、シリンダ６１に供給される。エアを供給されてピストン６０は左進し、後述するクラッチ機構１７及びクランク機構５２を介してアシストギヤ５０を回転させ、その駆動力は、チェーン５１を介して、ペダルギヤ８に伝動される。なお、出口ポート３３とシリンダ６１の間の管路４１には、ディストリビュータ７０が設けられているが、その詳細は後述する。
【００１７】
クランク機構５２は、ピストン６０に接続する連結棒６２及びピストンクランク６３から構成される。また、ペダルギヤ８は、図示しない同軸に配置された２枚のギヤを有し、その一方のギヤはチェーン１０と噛合して後輪ギヤ１２へ駆動力を伝え、他方のギヤはアシストギヤ５０のチェーン５１と噛合してピストン６０のアシスト力を受ける。
【００１８】
図３は、図１に示すディストリビュータ７０の詳細図である。図２では、このディストリビュータ７０は、模式的にレギュレータ３０の出口ポート３３とシリンダ６１の間の管路４１上に描画しているが、ペダルギヤ８と同軸に配置されている。
即ち、このディストリビュータ７０は、ペダル軸２０のサポート軸受２１に固定された固定プレート７１と、ペダル軸２０に固定されペダルギヤ８と連動して回転する回転プレート７２から構成される。固定プレート７１には、入口ポート７３、出口ポート７４及び排気ポート９１が設けられている。入口ポート７３はレギュレータ３０の出口ポート３３に接続され、出口ポート７４はシリンダ６１に接続され、排気ポート９１は大気に開放されている。
【００１９】
図４は、図３に示すディストリビュータ７０の更なる詳細図であり、図４（ａ）は、図４（ｂ）のD-D断面であり、右ペダル９Rが最上部にある状態を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）のC-C断面であり、図４（C）は、右ペダル９Rが時計方向に約６０°回転した状態を示している。固定プレート７１には、入口ポート７３、出口ポート７４及び排気ポート９１が形成されている。固定プレート７１と対向する回転プレート７２の面には、凹部７５及び「エの字」状の溝７７が形成されている。また、この固定プレート７１と対向する回転プレート７２の間には、エアの漏れを無くす為に液体シール（グリース）が塗布されている。
【００２０】
図４（ａ）の状態、即ち、右ペダル９Rが最上部にある状態では、「エの字」状の溝７７により、出口ポート７４が排気ポート９１に連通する。また、ペダル９の踏み込みにより、ペダルギヤ８が回転すると、回転プレート７２が連動して回転し、固定プレート７１との間で相対回転する。その結果、図４（C）の状態、即ち、右ペダル９Rが時計方向に約６０°回転した状態では、凹部７５により、入口ポート７３が出口ポート７４に連通する。従って、この位置では、レギュレータ３０からのエアがシリンダ６１に流れる。なお、図４（ａ）と図４（C）の間の中間の状態では、凹部７５と溝７７の間の平坦な面が、入口ポート７３及び出口ポート７４に一致するため、両者の間の連通は遮断される。
【００２１】
図５は、本発明のディストリビュータ７０の作動範囲を示す説明図である。図２の右ペダル９Rを例に説明している。右ペダル９Rが上、左ペダル９Lが下にくる状態を０度とし、時計回りに角度を進めている。図２の右ペダル９Rの角度は約１００°となる。
図５で、約６０°から約１００°が、ディストリビュータ７０の作動範囲である。この範囲は、自転車が駆動力を最も必要とするペダル９を踏み込む範囲であり、この範囲でディストリビュータ７０のバルブが開き、エアタンク４０からのエアをシリンダ６１方向に流すように作動する。この範囲以外では、ディストリビュータ７０のバルブは作動せず、従って、エアタンク４０のエアは消費されない。
なお、左ペダル９Lが同様の位置に来たときも、ディストリビュータ７０は作動するため、右ペダル９Rの位置で示す約２４０度から約２８０度でも、ディストリビュータ７０は作動する。
【００２２】
図６は、図２に示すクラッチ機構１７の模式図である。
図７は、図６に示すクラッチ機構１７の詳細図であり、図８は、図７に示す逆入力遮断クラッチ５５の構成図である。このクラッチ機構１７は、ワンウェイクラッチ５４、逆入力遮断クラッチ５５及び中間軸５６等から構成され、アシストギヤ５０のアシストギヤ軸５３と同軸に設けられている。また、アシストギヤ軸５３には、クランク機構５２を構成する連結棒６２及びピストンクランク６３を介して、ピストン６０の左右移動により生じた回転力が伝達される。
【００２３】
ワンウェイクラッチ５４は、一方向のみに回転力を伝達する機能部品である。また、逆入力遮断クラッチ５５は、フリー型逆入力遮断クラッチであり、正転及び逆転のいずれにおいても、入力軸から出力軸へ回転力を伝達するが、出力軸が駆動される場合は、出力軸から入力軸へ回転力が伝達されない機能部品であり、特開2004-286225等に記載されている。
【００２４】
図８に示すように、逆入力遮断クラッチ５５は、アシストギヤ軸５３に接続する内輪８２、中間軸５６に接続する外輪８３、内輪８２と外輪８３の間に設けられたロック部材８４、ロック部材８４を内側に引き込むバネ８６、内輪８２に設けられたカム面８５等から構成される。
この実施例においては、逆入力遮断クラッチ５５は、アシストギヤ軸５３と中間軸５６との間に組み込まれ、ピストン６０の前進（図２で左進）では、入力側であるアシストギヤ軸５３の回転を、出力側である中間軸５６に伝達する。一方、出力側である中間軸５６の回転は遮断して、入力側であるアシストギヤ軸５３には伝達しないように作用する。なお、便宜上、このピストン６０の前進（図２で左進）に基づいた中間軸５６及びアシストギヤ軸５３の回転方向（図２で時計方向回転）を正転と称する。
【００２５】
ワンウェイクラッチ５４は、中間軸５６とアシストギヤ５０との間に組み込まれ、中間軸５６の正転方向の回転をアシストギヤ５０に伝達して、アシストギヤ５０を回転させる。しかし、ピストン６０の後退（図２で右進）で生じる中間軸５６の逆転方向の回転は、アシストギヤ５０に伝達しないように作用する。
従って、ピストン６０が後退するときには、アシストギヤ軸５３の回転は、アシストギヤ５０側に伝わらないため、ペダル９に何らの負荷をかけることはない。
【００２６】
さて、自転車が後退した場合、後輪６が逆転し、その回転力はチェーン１０を介して、ペダルギヤ８に伝達され、更にチェーン５１を介して、アシストギヤ５０を逆転（図２で反時計方向回転）させ、ワンウェイクラッチ５４を経由して、中間軸５６を逆転させる。
しかし、本発明では、逆入力遮断クラッチ５５が作用する為に、出力軸側である中間軸５６の回転は遮断されて、入力軸側であるアシストギヤ軸５３に伝達されない。
【００２７】
このように、ピストン６０の前進（図２で左進）に基づき、アシストギヤ軸５３が正転した場合は、アシストギヤ５０が正転（図２で時計方向回転）し、アシストギヤ５０の回転力は、ペダルギヤ８に伝達され、アシスト力として働く。
一方、ペダルギヤ８が逆回転しても、逆入力遮断クラッチ５５により、その回転力は遮断され、入力軸に接続されたアシストギヤ軸５３側に伝わらない。
【００２８】
次に、図２を中心にして本発明の動作を説明する。
まず、前進する場合であるが、ペダル９を踏む踏力が小さい場合、レギュレータ３０は作動しない。スプリング２３による上方向の力があるため、ロッド２２は下がらず、ポペット弁２４と弁座３４から構成されるバルブは作動しない。この場合には、自転車は、ペダル９を踏む踏力だけがペダルギヤ８に作用し、その駆動力は、チェーン１０を介して後輪６に伝達されて自転車は前進する。
【００２９】
坂道などで、ペダル９を踏む踏力が大きい場合、レギュレータ３０は作動する。即ち、スプリング２３による上方向の力に抗して、ロッド２２が下がり、ポペット弁２４と弁座３４から構成されるバルブが作動して、エアタンク４０からのエアをシリンダ６１方向に流す。この場合には、自転車は、ペダル９を踏む踏力に加え、シリンダ６１のクランク機構５２によって生じた回転力がペダルギヤ８に作用し、その駆動力は、チェーン１０を介して後輪６に伝達されて自転車は前進する。
【００３０】
一方、ディストリビュータ７０は、ペダル９の所定の回転位置、即ち、図５に示す約６０度から約１００度及び約２４０度から約２８０度で作動する。
また、レギュレータ３０とディストリビュータ７０は、管路４１内で直列に接続されているため、レギュレータ３０及びディストリビュータ７０の両方のバルブが作動した場合にだけ、エアタンク４０からのエアをシリンダ６１に導いて、シリンダ６１のピストン６０を前進させる方向に作動する。一方、レギュレータ３０又はディストリビュータ７０のいずれかのバルブが閉じている場合には、エアタンク４０からのエアをシリンダ６１に導くことはない。
【００３１】
このディストリビュータ７０は、前記の約６０度から約１００度及び約２４０度から約２８０度の作動範囲以外の範囲で、特に、図４（a）で示す排気ポート９１が回転プレート７２に形成された溝７７と係合する位置では、排気ポート９１を通じて、シリンダ６１内を大気に開放するように働く。従って、この範囲では、シリンダ６１に内蔵の図示しないバネによって、ピストン６０を元に戻す際の内圧は大気に逃がされ、ペダルギヤ８及びペダル９側になんらの負荷も及ぼさない。
なお、ピストン６０の後退（図２で右進）で生じるアシストギヤ軸５３及び中間軸５６の逆方向の回転では、ワンウェイクラッチ５４により遮断されアシストギヤ５０側に伝わらない為、ピストン６０が後退するときに、ペダル９に何らの負荷をかけることはない。
【００３２】
このように、レギュレータ３０及びディストリビュータ７０の両方のバルブが作動した場合にだけ、即ち、ペダル９を踏む踏力が所定値以上で、且つ、ペダル９が所定の回転角度範囲にある場合にのみアシストが働き、自転車には、ペダル９を踏む踏力に加え、シリンダ６１のクランク機構５２によって生じた回転力がペダルギヤ８に加えられ、その駆動力は、チェーン１０を介して後輪６に伝達されて自転車は前進する。従って、ペダルクランクの回転位置に応じて、必要な時にだけエアを供給してアシストを行うため、エア消費量を抑えることができる。
【００３３】
次に、図２を中心にして本発明の動作を、自転車が後退する場合を中心に説明する。
自転車が後退した場合、後輪６が逆転し、その回転力はチェーン１０を介して、ペダルギヤ８に伝わる。これは、通常のアシストの無い自転車でも同様である。
本発明においては、アシスト用の補助伝動機構１６が備えられているため、自転車の後退による回転力が作用した場合、補助伝動機構１６を構成するシリンダ６１やピストン６０が、逆の効果、即ち、自転車の後退の負荷にならないかが問題になる。しかしながら、本発明においては、逆入力遮断クラッチ５５を設けている為、ペダル８の回転は、アシストギヤ軸５３側には伝わらず、前記のような運転者に負荷を生じさせるようなことは生じない。
【００３４】
従って、以上の構成により、本発明では、ペダル９に加えられる踏力に応じてアシストすると共に、自転車をバックさせた場合に、運転者に負荷を生じさせないエアアシスト自転車を提供することができる。
【００３５】
＜第１実施形態の変形態様＞
次に、第１実施例の変形態様について説明する。本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図２にペダルギヤ８とアシストギヤ５０の伝動はチェーン５１を用いて行ったが、両者を歯車として、歯車のかみ合いにより伝動するようにすることも可能である。また、チェーン５１やチェーン１０の代わりにベルトを使用することも可能である。なお、図２に示すピストン６０のクランク機構５２は、ピストン６０の左右移動により、アシストギヤ５０を所定角度範囲で揺動させるものであるが、アシストギヤ５０を１回転以上させるものであってもよい。
また、図３及び図４に示すクラッチ機構１７では、ワンウェイクラッチ５４と逆入力遮断クラッチ５５の位置をそれぞれ入れ替えてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１：車体フレーム
２：フロントフォーク
３：前輪
４：ハンドル
６：後輪
７：ペダルクランク
８：ペダルギヤ
９：ペダル
９L：左ペダル
９R：右ペダル
１０：チェーン
１２：後輪ギヤ
１３：主伝動機構
１６：補助伝動機構
１７：クラッチ機構
２０：ペダル軸
２１：サポート軸受
２２：ロッド
２３：スプリング 
２４：ポペット弁 
３０：レギュレータ
３１：レギュレータボディ
３２：入口ポート
３３：出口ポート
３４：弁座
４０：エアタンク
４１：管路
５０：アシストギヤ
５１：チェーン
５２：クランク機構
５３：アシストギヤ軸
５４：ワンウェイクラッチ
５５：逆入力遮断クラッチ
５６：中間軸
６０：ピストン
６１：シリンダ
６２：連結棒
６３：ピストンクランク
７０：ディストリビュータ
７１：固定プレート
７２：回転プレート
７３：入口ポート
７４：出口ポート
７５：凹部
７７：溝
８０：減圧レギュレータ
８２：内輪
８３：外輪
８４：ロック部材
８５：カム面
８６：バネ
９１：排気ポート
【図１】
2012030777.tif 000003
【図２】
2012030777.tif 000004
【図３】
2012030777.tif 000005
【図４】
2012030777.tif 000006
【図５】
2012030777.tif 000007
【図６】
2012030777.tif 000008
【図７】
2012030777.tif 000009
【図８】
2012030777.tif 000010