(57)【要約】【課題】操縦安定性に優れた駆動輪兼操舵輪を備えた自転車の提供。【解決手段】この自転車２は、主フレーム４と、駆動輪６と、操舵軸２０と、駆動装置１２とを備えている。この操舵軸２０は、その軸線を回転軸として回転可能に主フレーム４に支持されている。この駆動輪６は、操舵軸２０に回転可能に支持されている。この駆動装置１２は、回転軸を水平方向とする第一歯車と、操舵軸２０を回転軸とする中間歯車と、回転軸を水平方向とする第二歯車を備えている。この自転車２は、第一歯車と中間歯車が噛み合って、水平方向を回転軸とする回転を操舵軸２０を回転軸とする回転に変換している。この自転車は、中間歯車と第二歯車が噛み合って、操舵軸２０を回転軸とする回転を水平方向を回転軸とする回転に変換している。この第二歯車の回転は、無端連条索を介して駆動輪を回転させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主フレームと、駆動輪と、操舵軸と、駆動装置とを備えており、
この操舵軸がその軸線を回転軸として回転可能に主フレームに支持されており、
この駆動輪が操舵軸に回転可能に支持されており、
この駆動装置が回転軸を水平方向とする第一歯車と、操舵軸を回転軸とする中間歯車と、回転軸を水平方向とする第二歯車を備えており、
第一歯車と中間歯車が噛み合って、水平方向を回転軸とする回転を操舵軸を回転軸とする回転に変換しており、
中間歯車と第二歯車が噛み合って、操舵軸を回転軸とする回転を水平方向を回転軸とする回転に変換しており、
この第二歯車の回転が無端連条索を介して駆動輪を回転させる自転車。
【請求項２】
前輪と、後輪とを備えており、
前輪又は後輪のいずれか一方を従動輪としており、
他方を駆動輪とする請求項１に記載の自転車。
【請求項３】
主フレームの前方左右及び後方左右のそれぞれにキャスターを備えており、
この主フレームに駆動輪を備える請求項１に記載の自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動輪兼操舵輪を備えた自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
操舵輪である前輪を駆動輪とした自転車がある。その操舵輪の前輪は３６０°回転可能とされている。これにより、３６０°の任意の向きに駆動力を伝えることができる。この自転車では、後ろ向き及び斜め後方向きへの移動等、操舵の自由度が大きい。
【０００３】
図５は、操舵輪である前輪を駆動輪とした従来の自転車１０２の正面図である。この自転車１０２が特開２００２−３３７７８１号公報に記載されている。この自転車１０２は、主フレーム１０４の前方にヘッドラック１０６を備えている。ヘッドラック１０６は、ハンドルを備えた操舵軸１０８を３６０°回転可能に保持している。このヘッドラック１０６は、第一伝動チェーン１１０の駆動力を第二伝動チェーン１１２に伝える駆動伝達機構１１４を備えている。操舵軸１０８の下方先端には、前輪１２２が回転可能に取り付けられている。
【０００４】
運転者がクランク１１６を漕ぐと、第一チェーンギア１１８が回転する。第一チェーンギア１１８の回転は、第一伝動チェーン１１０を介して駆動伝達機構１１４に伝えられる。駆動伝達機構１１４は、この駆動力をヘッドラック１０６の下方に往復の直線運動で伝える。ヘッドラック１０６の下方でこの直線運動を回転運動に変換して、第二伝動チェーン１１２に伝える。駆動力は、第二伝動チェーン１１２を介してフリーホイール１２０に伝えられる。フリーホイール１２０に伝えられた駆動力で、前輪１２２が回転させられている。
【０００５】
この自転車１０２の駆動伝達機構１１４は、ヘッドラック１０６の内部に往復の直線運動をする部分を備えている。この自転車１０２は、この往復運動によりヘッドラック１０６の振動が発生しやすい。この自転車１０２は、凹凸のある路面ではハンドルが取られやすく操縦安定性に劣る。また、操舵輪兼駆動輪である前輪１２２には、操舵及び駆動による負荷が加わる。前輪１２２のタイヤでは、駆動輪と操舵輪を別々にされた自転車よりパンクなどのトラブルが発生しやすい。
【特許文献１】特開２００２−３３７７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６は、図５の自転車の駆動伝達機構１１４を改良した駆動伝達機構の部分断面が示された側面図である。この駆動伝達機構では、第一伝動チェーン１１０の駆動力を回転運動として前輪１５８に伝える。この自転車１５２では、駆動伝達機構１１４の往復直線運動する部分に代えて、回転運動として駆動力を伝える構造を備えている。主フレームは、前方にヘッドパイプ１５４を備えている。このヘッドパイプ１５４は、ハンドルを備えた操舵軸１５６を３６０°回転可能に保持している。この操舵軸１５６の下端には、前輪１５８と一体に回転する前輪軸１６０を回転可能に支持している。前輪軸１６０は、その軸線を回転軸として回転可能に支持されている。ハンドルにより操舵軸１５６がきられると、その方向に前輪軸１６０がきられて進行方向が変えられる。
【０００７】
この駆動伝達機構は、第一伝動チェーン１１０の駆動力をギア１６２に伝える。このギア１６２は、かさ歯車１６４と一体とされ、ヘッドパイプ１５４に対して回転可能に支持されている。この駆動力は、ギア１６２と一体に回転するかさ歯車１６４から、かさ歯車１６６に伝えられる。このかさ歯車１６６は、かさ歯車１６８とパイプ１７０を介して一体とされている。かさ歯車１６６、かさ歯車１６８及びパイプ１７０は、操舵軸１５６に操舵軸１５６の軸線を回転軸として回転可能に支持されている。かさ歯車１６６からかさ歯車１６８に伝えられた駆動力は、かさ歯車１７２に伝えられる。このかさ歯車１７２は、前輪１５８と一体に固定されている。かさ歯車１７２が回転することで、前輪１５８が回転させられ駆動される。
【０００８】
この駆動伝達機構では、従来技術で示された駆動伝達機構１１４の往復直線運動する部分に代えて、かさ歯車１６６、かさ歯車１６８及びパイプ１７０からなる縦回転体により、駆動力が前輪１５８に伝えられている。この駆動伝達機構は、往復直線運動をする部分を含まない。ヘッドパイプ１５４には、振動が発生しない。この駆動伝達装置を備えた自転車１５２は、操縦安定性に優れている。駆動伝達機構の構造がシンプルであり、この自転車１５２は、車体重量を軽量化されている。
【０００９】
この駆動伝達機構では、かさ歯車１６６、かさ歯車１６８及びパイプ１７０は操舵軸１５６の軸線を回転軸として回転する。操舵軸１５６は、ハンドルの操舵によりその軸線を回転軸として回転し、進行方向が変更される。この自転車１５２では、かさ歯車１６６、かさ歯車１６８及びパイプ１７０が回転することにより、操舵軸１５６を回転させる力が働く。特に静止状態から動力を加えられたときに操舵軸１５６を回転させる力が働きやすい。このため、ハンドルがしっかり握られていない状態で、クランクをこぎ出すとハンドルが、かさ歯車１６６、かさ歯車１６８及びパイプ１７０の回転方向に取られる現象が生じる。この駆動伝達機構は、始動時の操縦安定性に改良の余地がある。
【００１０】
従来の自転車に比べ駆動輪兼操舵輪の前輪１５８はパンクなどのトラブルが発生しやすい。この前輪１５８には、かさ歯車１７２が一体として取り付けられる。この前輪１５８の取り付け構造は、特殊な構造である。この自転車１５２では、この特殊な前輪１５８の交換が必要である。
【００１１】
本発明の目的は、操縦安定性に優れた駆動輪兼操舵輪を備えた自転車の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る自転車は、主フレームと、駆動輪と、操舵軸と、駆動装置とを備えている。この操舵軸は、その軸線を回転軸として回転可能に主フレームに支持されている。この駆動輪は、操舵軸に回転可能に支持されている。この駆動装置は、回転軸を水平方向とする第一歯車と、操舵軸を回転軸とする中間歯車と、回転軸を水平方向とする第二歯車を備えている。この自転車は、第一歯車と中間歯車が噛み合って、水平方向を回転軸とする回転を操舵軸を回転軸とする回転に変換している。この自転車は、中間歯車と第二歯車が噛み合って、操舵軸を回転軸とする回転を水平方向を回転軸とする回転に変換している。この第二歯車の回転は、無端連条索を介して駆動輪を回転させる。
【００１３】
好ましくは、本発明に係る自転車は、前輪と、後輪とを備えている。この前輪又は後輪のいずれか一方を従動輪としており、他方を駆動輪とされている。
【００１４】
好ましくは、本発明に係る自転車は、主フレームの前方左右及び後方左右のそれぞれにキャスターを備えている。この自転車では、この主フレームに駆動輪を備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る自転車では、駆動力により操舵軸の回転が抑制されている。駆動伝達機構の回転により、操舵軸が回転させられることが抑制されている。この自転車は操縦安定性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る自転車の正面図である。図１の右向きが、この自転車２の前方向きである。図１の左向きが、自転車２の後方向きである。この自転車２は、主フレーム４と、前輪６と、後輪８と、操舵部１０と、駆動装置１２とを備えている。この自転車２では、前輪６が駆動輪として駆動されている。前輪６が操舵輪とされている。
【００１８】
後輪８は、主フレーム４の後方に回転可能に取り付けられている。この自転車２では、主フレーム４を挟んでこの自転車２の左右側面に一対の後輪８が回転可能に取り付けられている。この主フレーム４は、上方にサドル１４を備えている。主フレーム４の前方には、ヘッドパイプ１６が備えられている。ヘッドパイプ１６は、その内部が空洞であり、円筒状である。
【００１９】
操舵部１０は、ハンドル１８、操舵軸２０、一対のホーク２２を備えている。ハンドル１８は、リング状である。操舵軸２０は、丸棒状の形状をしている。ハンドル１８のリングの中心が、操舵軸２０の上方端に固定されている。操舵軸２０の軸線は、リング状のハンドル１８の回転軸の軸線に一致させられて、固定されている。
【００２０】
図２は、図１の自転車の操舵輪兼駆動輪の部分断面が示された側面図である。操舵軸２０の下方端からは一対のホーク２２が、下方に延びている。この一対のホーク２２は、下方に向かって逆Ｕ字状に延びている。操舵軸２０は、ヘッドパイプ１６に操舵軸２０の軸線を回転軸として回転可能に支持されている。この自転車２では、操舵軸２０はヘッドパイプ１６にベアリングにより回転可能に支持されている。
【００２１】
前輪６は、ホイール２４、タイヤ２６を備えている。ホイール２４は、前輪軸２８に回転可能に取り付けられている。この前輪軸２８の両端が、一対のホーク２２に支持されている。前輪６は一対のホーク２２の間に位置して、前輪軸２８の軸線を回転軸として回転可能に支持されている。
【００２２】
図１、図２に示されるように、駆動装置１２は、クランク３６、駆動ギア３８、無端連条索としての第一チェーン４２、第一ギア４４、第一歯車としての第一かさ歯車４６、中間歯車としての両面かさ歯車４８、第二歯車としての第二かさ歯車５０、第二ギア５２、無端連条索としての第二チェーン５８及び従動ギア６０を備えている。第一ギア４４は、フリーホイール４０を備えている。
【００２３】
一対のクランク３６は、それぞれ主フレーム４の左右両側に回転可能に取り付けられている。駆動ギア３８が、主フレーム４に対して回転可能に取り付けられている。クランク３６の回転軸と駆動ギア３８との回転軸は、水平方向であり、同軸である。駆動ギア３８には、第一チェーン４２が架け渡されている。第一ギア４４及び第一かさ歯車４６は、ヘッドパイプ１６に支持されている。第一ギア４４及び第一かさ歯車４６は、回転軸を水平方向に回転可能に支持されている。第一チェーン４２は、この第一ギア４４と駆動ギア３８とに架け渡されている。第一ギア４４と第一かさ歯車４６とは、その回転中心を同軸上にして一体とされている。
【００２４】
両面かさ歯車４８は、上方のかさ歯５４と下方のかさ歯５６とを備えている。この両面かさ歯車４８は、操舵軸２０にその軸線を中心に回転可能に取り付けられている。この自転車２では、両面かさ歯車４８は、ベアリングを介して操舵軸２０に回転可能に支持されている。第一かさ歯車４６のかさ歯は、両面かさ歯車４８の上方のかさ歯５４と噛み合っている。
【００２５】
第二かさ歯車５０と第二ギア５２とは、その回転中心を同軸上にして一体とされている。第二かさ歯車５０及び第二ギア５２は、操舵軸２０に回転可能に支持されている。第二かさ歯車５０及び第二ギア５２は、水平方向を回転軸として回転可能に支持されている。第二かさ歯車５０のかさ歯は、両面かさ歯車４８の下方のかさ歯５６と噛み合っている。従動ギア６０は、ホイール２４に固定されている。従動ギア６０は、前輪軸２８の軸線を回転軸にホイール２４と一体に回転可能に固定されている。この自転車２では、特殊な前輪６が必要とされない。第二チェーン５８は、第二ギア５２と従動ギア６０に架け渡されている。
【００２６】
図１の自転車２では、クランク３６が運転者により漕がれ、クランク３６が回転させられる。クランク３６の回転により、駆動ギア３８が回転させられる。駆動ギア３８の回転は、第一チェーン４２により、第一ギア４４に伝えられる。第一ギア４４はフリーホイール４０を備えている。このフリーホイール４０のラチェット構造により、第一ギア４４の回転は一方の回転向きのみが第一かさ歯車４６に伝えられる。他方の回転向きはフリーホイール４０により第一かさ歯車４６に伝えられない。
【００２７】
第一チェーン４２により、第一ギア４４が一方の回転向きに回転させられると、第一かさ歯車４６が水平方向を回転軸として回転させられる。この第一かさ歯車４６の回転により、両面かさ歯車４８が回転させられる。両面かさ歯車４８は、操舵軸２０の軸線を回転軸として回転させられる。第一かさ歯車４６及び両面かさ歯車４８により、水平方向を回転軸とする回転が操舵軸２０を回転軸とする回転に変換される。両面かさ歯車４８の回転により、第二かさ歯車５０及び第二ギア５２が回転させられる。両面かさ歯車４８及び第二かさ歯車５０により、操舵軸２０を回転軸とする回転が水平方向を回転軸とする回転に変換される。第二ギア５２の回転は、第二チェーン５８を介して従動ギア６０に伝えられる。従動ギア６０の回転により、前輪６が回転させられる。従動ギア６０及び前輪６には、駆動力は水平方向の回転として伝えられている。この前輪６の駆動により、自転車２は走行させられる。
【００２８】
図１のハンドル１８が、運転者により回転させられる。ハンドル１８の回転にともなって、操舵軸２０が回転する。操舵軸２０の回転により、前輪６の進行方向が変えられる。これにより、自転車２は走行向きが変えられる。
【００２９】
この自転車２では、前輪６が駆動輪兼操舵輪である。ハンドル１８をまわして、前輪６の進行向きが直進向きから斜め前方に変えられると、自転車２は前進しながら旋回させられる。前輪６の進行向きが直進向きから斜め後方に変えられると、自転車２は後退しながら旋回させられる。前輪６の進行向きが直進向きから１８０°変えられると、自転車２は後退させられる。この様にこの自転車２は小回りに適している。この自転車２の操舵及び駆動の構成は車椅子にも適している。本発明に係る自転車には車椅子も含まれる。
【００３０】
図３は、図２の自転車２の両面かさ歯車４８の断面図である。両矢印Ｐはこのかさ歯車４８のピッチ円を表している。両矢印Ｔは、この両面かさ歯車４８の操舵軸２０に通される中心孔の厚みを表している。この両面かさ歯車４８では、厚みＴが小さい。ピッチ円Ｐに対する厚みＴの比（Ｔ／Ｐ）は、１以下が好ましい。これにより、図６のかさ歯車１６６及び１６８に比べ、かさ歯車から操舵軸に加わる曲げモーメントが小さくされている。これにより、両面かさ歯車４８はより円滑に回転させられる。
【００３１】
図２に示されるようにこの自転車２では、第二かさ歯車５０の回転は、第二ギア５２から第二チェーン５８を介して従動ギア６０に伝えられている。この第二ギア５２及び従動ギア６０の間に第二チェーン５８が架け渡される。第二ギア５２から従動ギア６０にチェーンを介して回転を伝えることにより、回転方向の遊びが設けられている。第二ギア５２が回転し始めるときに従動ギア６０及び前輪６を回転させる負荷が直ちに加わらない。これにより、第二かさ歯車５０は、図６のかさ歯車１７２より静止状態から回転し始めるときの抵抗が小さい。
【００３２】
前述のように、両面かさ歯車４８が用いられること、第二かさ歯車５０が第二チェーン５８を介して前輪６を駆動することにより、第二かさ歯車５０の回転し始めるときの抵抗が、小さくされている。これにより、特に静止状態から動力を加えられた直後に操舵軸２０を回転させる力が抑制されている。ハンドル１８を握る力が弱くても、図６の伝達駆動機構を備えた自転車１５２に比べ、この自転車２ではハンドル１８がとられることが抑制されている。この自転車２は、小回りが効き、ハンドル１８を握る力が軽減されている。この自転車２の駆動輪兼操舵輪は、身障者及び高齢者のための車椅子に好適である。
【００３３】
フリーホイール４０は、クランク３６の一方の回転向きの回転のみかさ歯車４６に伝える。クランク３６の他方の回転向きの回転はフリーホイール４０によりかさ歯車４６に伝えられないように構成されている。これにより、前輪６が回転中にクランク３６を静止させた状態で、自転車２が走行させられる。
【００３４】
自転車２では、無端連条索としてチェーン５８を用いている。チェーン５８は、第二ギア５２と従動ギア６０との間に若干の弛みを有して架け渡されている。チェーン５８には、第二ギア５２及び従動ギア６０の歯が隙間を有して噛み込んでいる。この弛み及び歯の隙間を有する噛み込みにより、チェーン５８、第二ギア５２及び従動ギア６０は回転可能になっている。これにより、第二かさ歯車５０及び第二ギア５２が静止状態から回転し始めるときに、前輪６及び従動ギア６０を駆動するための抵抗が小さくされている。この効果が得られる構成として、第二かさ歯車５０とチェーン５８との組み合わせに代えて、歯車とタイミングベルトとの組み合わせであってもよい。
【００３５】
自転車２では、第一かさ歯車４６，第二かさ歯車５０及び両面かさ歯車４８を用いられている。互いに回転軸が直交する回転の伝達手段であれば、かさ歯車に限られない。かさ歯車では、すぐばかさ歯車、はすばかさ歯車、まがりばかさ歯車及びハイポイドギアのいずれであってもよい。まがりばかさ歯車は、高速度で静かな回転運動が可能であり、好ましい。
【００３６】
図４は、本発明に係る他の自転車の操舵輪兼駆動輪の部分断面が示された側面図である。ここでは、図１の自転車２と異なる構成について説明される。図１の自転車２と同様の構成については、その説明が省略される。この自転車６２では、一対の前輪６４を用いている。自転車２は前輪６及び一対の後輪８を備えた三輪車であるが、この自転車６２は一対の前輪６４及び一対の後輪を備えた四輪車である。一対の前輪６４は、前輪軸６６の両端に固定されている。この前輪軸６６は、その中央部を操舵軸２０に回転可能に支持されている。この前輪軸６６には、従動ギア６８が一体に固定されている。
【００３７】
この自転車６２では、第二チェーン５８により従動ギア６８が回転させられる。従動ギア６８と共に、前輪軸６６及び一対の前輪６４が回転させられる。一対の前輪６４が接地することにより、両面かさ歯車４８の回転によりハンドル１８が取られる現象が更に抑制される。一方の前輪６４が凸部に乗り上げても、他方の前輪６４の接地によりハンドルがとられることが抑制されている。一対の前輪６４が接地することにより、路面の凹凸により前輪６４がとられることが抑制される。一対の前輪６４を用いることで、より操縦安定性に優れる。
【００３８】
図１の自転車２では、前輪６を駆動輪兼操舵輪としている。後輪８を駆動輪兼操舵輪としてもよい。後輪８を操舵輪とする自転車では、前方のハンドルの操舵を後方の操舵輪に伝える操舵力伝達機構が設けられる。
【００３９】
自転車の主フレームの前方左右及び後方左右の４箇所にキャスターを備えて、更に駆動輪兼操舵輪を設けてもよい。このキャスターは、進行方向が自由に変えられる車輪である。例えば、主フレームの前方左右のキャスターと後方左右のキャスターとの中間に駆動輪兼操舵輪を設けてもよい。この自転車は、主フレームの前後方向の向きに関わらず、どの方向へも移動できる。この自転車は更に小回りが効き、車椅子に好適である。前方左右のキャスター、後方左右のキャスター及び駆動輪兼操舵輪を設けることで、駆動輪兼操舵輪の進行方向に３６０°いずれの方向にも直線的な移動も可能である。
【００４０】
図１の自転車２は、クランク３６により駆動する。このクランク３６は、足で回転させられる。このクランク３６は、主フレーム４の上方に設置されて手動クランクとしてもよい。人力の駆動に代えて駆動ギア３８がモータにより駆動されてもよい。
【００４１】
この実施形態で示されるように、本発明に係る自転車では、図６の駆動伝達機構を備えた自転車に比べ、操縦安定性に優れている。このように、操縦安定性に優れることから、車椅子の駆動操舵にも適している。この自転車２は、特殊な駆動輪を必要としない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、駆動輪兼操舵輪を備えた、車椅子を含む自転車に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る自転車の正面図である。
【図２】図２は、図１の自転車の操舵輪兼駆動輪の部分断面が示された側面図である。
【図３】図３は、図２の自転車の両面かさ歯車の断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る他の自転車の操舵輪兼駆動輪の部分断面が示された側面図である。
【図５】図５は、操舵輪である前輪を駆動輪とした従来の自転車の正面図である。
【図６】図６は、図５の自転車の駆動伝達機構を改良した駆動伝達機構の部分断面が示された側面図である。
【符号の説明】
【００４４】
２・・・自転車
４・・・主フレーム
６・・・前輪
８・・・後輪
１０・・・操舵部
１２・・・駆動装置
１４・・・サドル
１６・・・ヘッドパイプ
１８・・・ハンドル
２０・・・操舵軸
２２・・・ホーク
２４・・・ホイール
２６・・・タイヤ
２８・・・前輪軸
３６・・・クランク
３８・・・駆動ギア
４０・・・フリーホイール
４２・・・第一チェーン
４４・・・第一ギア
４６・・・第一かさ歯車
４８・・・両面かさ歯車
５０・・・第二かさ歯車
５２・・・第二ギア
５４・・・かさ歯
５６・・・かさ歯
５８・・・第二チェーン
６０・・・従動ギア
６２・・・自転車
６４・・・前輪
６６・・・前輪軸
６８・・・従動ギア
１０２・・・自転車
１０４・・・主フレーム
１０６・・・ヘッドラック
１０８・・・操舵軸
１１０・・・第一伝動チェーン
１１２・・・第二伝動チェーン
１１４・・・駆動伝達機構
１１６・・・クランク
１１８・・・第一チェーンギア
１２０・・・フリーホイール
１２２・・・前輪
１５２・・・自転車
１５４・・・ヘッドパイプ
１５６・・・操舵軸
１５８・・・前輪
１６０・・・前輪軸
１６２・・・ギア
１６４・・・かさ歯車
１６６・・・かさ歯車
１６８・・・かさ歯車
１７０・・・パイプ
１７２・・・かさ歯車
【図１】
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【図２】
2009137386.tif 000004
【図３】
2009137386.tif 000005
【図４】
2009137386.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009137386.tif 000008