(57)【要約】【課題】簡易な構造の駆動切換装置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、駆動輪と、駆動装置とを備えている。駆動装置は、クランク、駆動切換装置２８を備えている。クランクは、クランク軸３４を備えている。駆動切換装置２８は、駆動歯車３６、フリーホイール機構３８及びクラッチ機構４０を備えている。クランク軸３４の回転は、フリーホイール機構３８を介して駆動歯車３６に伝達されている。クラッチ機構４０は、第一円板５２、第二円板５４を備えている。第一円板５２は、駆動歯車３６と一体にされている。第二円板５４は、クランク軸３４と共に回転させられるように取り付けている。第二円板５４が第一円板５２に接することにより、第二円板５４の回転が第一円板５２に伝達される。この駆動歯車３６の回転により、駆動輪は回転させられる。【選択図】図３
2009196572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主フレームと、駆動輪と、駆動装置とを備えており、
この駆動輪が主フレームに回転可能に支持されており、
この駆動装置がクランク及び駆動切換装置を備えており、
このクランクがクランク軸を備えており、
この駆動切換装置が駆動歯車、フリーホイール機構及びクラッチ機構を備えており、
このクランク軸の回転がフリーホイール機構を介して駆動歯車に伝達されており、
このフリーホイール機構がクランク軸の一方向きの回転のみを駆動歯車に伝達しておりクランク軸の他方向きの回転は駆動歯車に伝達しないようにしており、
クラッチ機構が第一円板及び第二円板を備えており、
この第一円板が駆動歯車と一体にされており、
この第二円板がクランク軸と共に回転させられるように取り付けており、
この第二円板が第一円板に接することにより第二円板の回転が第一円板に伝達され、
この第二円板が第一円板と離れることにより第二円板の回転が第一円板に伝達されないように構成されており、
この駆動歯車の回転により、駆動輪が回転させられる自転車。
【請求項２】
上記第一円板が歯車であり、
上記第二円板が歯車であり、
この第一円板の歯と第二円板の歯とが噛み合って一体に回転させられるように構成されており、
この第二円板がクランク軸の軸方向にスライドして第一円板と噛み合っており、
この第一円板の歯と第二円板の歯との回転を伝える作用線の方向がクランク軸に垂直にされている請求項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、一方向きと前後両方向きとの駆動伝達切換装置を備えた自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車は、運転者がクランクを漕ぐことにより走行させられる。自転車では、一般にフリーホイール機構を備えている。この自転車は、クランクが一方向きに漕がれると前方に走行する。この自転車は、クランクが他方向きに漕がれるとフリーホイールにより駆動力の伝達が遮断される。これにより、クランクが他方向きに漕がれても後方に走行しない。この自転車の走行中にクランクを停止させた状態で惰性で前方に走行することが可能とされている。下り坂の走行では、クランクの回転を停止した状態で、運転者はこの自転車を走行させることができる。
【０００３】
この自転車では、運転者がクランクを他方向きに漕いで逆回転させても、フリーホイールにより駆動輪に回転が伝えられない。この自転車を後退させる場合には、運転者が自転車から下りて、自転車を押して歩く必要がある。特に、障害者が運転する場合には、自転車を押す作業が重労働になる場合がある。歩行が困難な運転者では、自転車を後退させることはできない。
【０００４】
一方向きの駆動伝達機構と前後両方向きの駆動伝達機構とを備えた自転車が実用新案登録第３００５９７２号公報に記載されている。この自転車は、一方向のみの駆動伝達機構と両方向の駆動伝達機構とを切り替えて使用される。サイクルサッカー等で必要な時には、駆動伝達機構が切り替えられて使用される。
【特許文献１】実用新案登録第３００５９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の自転車では、一方向きの駆動伝達機構と前後両方向きの駆動伝達機構の二系統の駆動伝達機構を備えている。この自転車は、二系統の駆動伝達機構を備えており、部品点数が多い。駆動伝達機構も複雑である。自転車の重量も大きい。
【０００６】
本発明の目的は、簡易な構造の駆動切換装置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】
【０００７】
本発明に係る自転車は、主フレームと、駆動輪と、駆動装置とを備えている。この駆動輪は、主フレームに回転可能に支持されている。この駆動装置は、クランク及び駆動切換装置を備えている。このクランクは、クランク軸を備えている。この駆動切換装置は、駆動歯車、フリーホイール機構及びクラッチ機構を備えている。このクランク軸の回転は、フリーホイール機構を介して駆動歯車に伝達されている。このフリーホイール機構は、クランク軸の一方向きの回転のみを駆動歯車に伝達しており、クランク軸の他方向きの回転は駆動歯車に伝達しないようにしている。クラッチ機構は、第一円板及び第二円板を備えている。この第一円板は、駆動歯車と一体にされている。この第二円板は、クランク軸と共に回転させられるように取り付けている。この第二円板が第一円板に接することにより、第二円板の回転が第一円板に伝達される。この第二円板が第一円板と離れることにより、第二円板の回転が第一円板に伝達されないように構成されている。この駆動歯車の回転により、駆動輪は回転させられる。
【０００８】
好ましくは、本発明に係る自転車では、上記第一円板は歯車である。上記第二円板は、歯車である。この第一円板の歯と第二円板の歯とが噛み合って一体に回転させられるように構成されている。この第二円板は、クランク軸の軸方向にスライドして第一円板と噛み合っている。この第一円板の歯と第二円板の歯との回転を伝える作用線の方向は、クランク軸に垂直にされている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る自転車では、駆動切換装置により、前進方向の駆動力のみを伝える一方向駆動伝達と、前進方向及び後退方向の駆動力を伝える両方向駆動伝達とが切り変え可能とされている。この自伝車では、従来の駆動伝達機構に簡易な機構の追加で、駆動切換が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る自転車２の正面図である。図１の左向きが、この自転車２の前方向きである。図１の右向きが、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、一対の前輪６と、一対の後輪８と、駆動装置１２とを備えている。この自転車２では、前輪６が操舵輪とされている。後輪８が駆動輪とされている。
【００１２】
この主フレーム４は、前方に操舵部１０を備えている。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は、その前方にヘッドパイプ１６が備えられている。
【００１３】
図２は、図１の自転車２の直進状態のリンク装置２２が示された平面図である。図２では、左向きが、この自転車２の前方向きである。右向きが、自転車２の後方向きである。図１及び図２に示すように、操舵部１０は、ハンドル１８、操舵軸２０及びリンク装置２２を備えている。ハンドル１８は棒状で両端が後方に向けて曲げられている。操舵軸２０は、丸棒状の形状をしている。ハンドル１８の中央が、操舵軸２０の上方端に固定されている。
【００１４】
図２に示すように、主フレーム４は、その前方に水平方向左右に延びる前フレーム１７を備えている。このリンク装置２２は、第一リンク２２１、第二リンク２２２、第三リンク２２３及び一対の第四リンク２２４とを備えている。第一リンク２２１の一端は操舵軸２０と一体にされている。操舵軸２０の回転により、水平面上で操舵軸２０を中心に回転可能とされている。第一リンク２２１の他端には、第二リンク２２２の一端が水平面上に回転可能に取り付けられている。
【００１５】
第三リンク２２３の一端には、一方の第四リンク２２４の一端が水平面上に回転可能に取り付けられている。第三リンク２２３の他端には、他方の第四リンク２２４の一端が水平面上に回転可能に取り付けられている。一方の第四リンク２２４の他端は前フレーム１７の右端に水平面上に回転可能に取り付けられている。他方の第四リンク２２４の他端は前フレーム１７の左端に水平面上に回転可能に取り付けられている。図２に示されるように、この自転車２の直進状態では、第三リンク２２３と前フレーム１７は平行にされている。第三リンク２２３は、前フレーム１７より短い。この図２では、第三リンク２２３、一対の第四リンク２２４及び前フレーム１７を辺とする台形形状が形成されている。
【００１６】
第二リンク２２２の他端は第三リンク２２３の他端に回転可能に取り付けられている。この自転車２では、第二リンク２２２の他端、第三リンク２２３の他端及び他方の第四リンク２２４の一端が同軸に回転可能に取り付けられている。
【００１７】
一対の前輪６は、主フレーム４の前方に位置している。一方の前輪６は、前フレーム１７の左端に位置している。他方の前輪６は、前フレーム１７の右端に位置している。前輪６は、第四リンク２２４の他端に取り付けられている前輪６は、水平方向を回転軸として回転可能に取り付けられている。図２では、前輪６は前後方向に転がるようにされている。
【００１８】
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。
【００１９】
一対の後輪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の左右側面に後輪８が回転可能に取り付けられている。後輪８は、前後方向に転がるように取り付けられている。後輪８は、図示しない回転軸の両端に取り付けられている。この回転軸は、一対の後輪８の間に図示しないデファレンシャル機構を備えている。
【００２０】
図３は、図１の自転車２の駆動切換装置２８の部分断面が示された底面図である。図１及び図３に示すように、駆動装置１２は、クランク２６、駆動切換装置２８、無端連条索としてのチェーン３０及び従動ギア３２を備えている。この従動ギア３２は、後輪８と同軸に回転させられる。この従動ギア３２は、後輪８の回転軸のデファレンシャル機構に回転を伝えるようにされている。この従動ギア３２の回転は、デファレンシャル機構を介して後輪８の回転軸に伝えられる。この回転軸の回転が、後輪８に伝えられる。
【００２１】
クランク２６は、クランク軸３４を備えている。クランク軸３４は、主フレーム４に回転可能に支持されている。クランク軸３４は、主フレーム４の左右方向に伸びている。このクランク２６が運転者により漕がれると、クランク２６はクランク軸３４を回転軸として回転する。
【００２２】
駆動切換装置２８は、駆動歯車として駆動ギア３６、フリーホイール機構３８及びクラッチ機構４０を備えている。
【００２３】
駆動ギア３６は、クランク軸３４を回転軸として回転可能に取り付けられている。このクランク軸３４の回転軸は、水平方向である。駆動ギア３６と従動ギア３２との間には、チェーン３０が架け渡されている。
【００２４】
図４は、図３のIV-IV線に沿った断面図である。フリーホイール機構３８は、ラチェット歯車４２、ラチェット爪４４及び弾性体としての板ばね４６を備えている。駆動ギア３６の内部には、凹部４８が形成されている。この凹部４８は、クランク軸３４と同軸の円筒状の内周面を備えている。
【００２５】
フリーホイール機構３８は、駆動ギア３６の内部に形成されている。ラチェット歯車４２の外周面には、ラチェット歯５０が形成されている。このラチェット歯５０は、図４の正面視で鋸歯状の形状である。このラチェット歯車４２は、クランク軸３４に固定されている。このラチェット歯車４２は、クランク軸３４とともに回転可能とされている。このラチェット歯車４２は、駆動ギア３６の凹部４８に位置している。ラチェット歯５０と凹部４８の内周面とが対向する位置関係にある。凹部４８の内周面には、円周方向等間隔に複数のラチェット爪４４が取り付けられている。このラチェット爪４４とラチェット歯５０の凹部４８の内周面との間には、弾性体としての板ばね４６が位置している。板ばね４６は、ラチェット爪４４をラチェット歯５０の向きに付勢している。
【００２６】
図１及び図３に示すように、クラッチ機構４０は、第一円板としての内歯車５２、第二円板としての外歯車５４、弾性体としてのコイルばね５６、アーム５８、ワイヤー６０及び切換レバー６２を備えている。
【００２７】
内歯車５２は、凹部を備えている。この凹部は、クランク軸３４と同軸の円筒状の内周面を備えている。この凹部の内周面には内歯５３が形成されている。内歯車５２は、駆動ギア３６に一体に固定されている。内歯車５２は、駆動ギア３６とともに回転可能に取り付けられている。
【００２８】
外歯車５４には、その外周面に外歯５５が形成されている。この自転車２では、外歯車５４とクランク軸３４との間には図示しないキーが位置している。これにより、外歯車５４は、クランク軸３４に対して回り止めされている。外歯車５４は、クランク軸３４にその軸方向にスライド可能に支持されている。この外歯車５４は、クランク軸３４とともに回転可能とされている。
【００２９】
内歯車５２と外歯車５４との間にはコイルばね５６が配置されている。このコイルばね５６はクランク軸３４に通されている。このコイルばね５６は、外歯車５４を内歯車５２から離れる向きに付勢している。
【００３０】
アーム５８は、略Ｌ字型の形状をしている。アーム５８は、主フレーム４に支持されている。アーム５８は、その略Ｌ字型の屈曲部を中心にして回動可能に支持されている。アーム５８の一端には、ワイヤー６０の一端が連結されている。アーム５８の他端は、外歯車５４に対向している。図３に示すように、外歯車５４の一方の面は、内歯車５２と対向している。アーム５８の他端は、外歯車５４の一方の面と反対側の面に対向している。
【００３１】
図１に示すように、ワイヤー６０の他端は切換レバー６２に連結されている。切換レバー６２は、操舵軸２０に支持されている。切換レバー６２は、操舵軸２０に近づく位置から遠ざかる位置に回動可能に支持されている。切換レバー６２は、近づく位置と遠ざかる位置とに位置切換可能に操舵軸２０に取り付けられている。この位置切換方法としては、ストッパーと切換レバー６２とを係合させるものが例示できる。位置切換方法は、切換レバー６２の位置を二位置に切換可能であればよい。
【００３２】
図１の自転車２では、クランク２６が運転者により漕がれ、クランク軸３４が一方向きに回転する。図４に示すように、クランク軸３４の回転により、ラチェット歯車４２が回転する。このラチェット歯車４２が自転車２を前進させる向きに回転する。図４において、時計回りにラチェット歯車４２が回転する。ラチェット歯車４２のラチェット歯５０とラチェット爪４４とが噛み合う。ラチェット歯車４２の回転により、駆動ギア３６が回転する。
【００３３】
図１に示すように、駆動ギア３６の回転は、チェーン３０により、従動ギア３２に伝えられる。従動ギア３２の回転は、デファレンシャル機構を介して一対の後輪８を回転させる。この後輪８の駆動により、自転車２は走行させられる。
【００３４】
次に、クランク２６が運転者により漕がれ、クランク軸３４が他方向きに回転させられる。このラチェット歯車４２が自転車２を後退させる向きに回転させられる。図４において、反時計回りにラチェット歯車４２が回転させられる。ラチェット歯５０により、ラチェット爪４４は板ばね４６の付勢力に抗して、凹部４８の内周面向きに押し退けられる。ラチェット歯車４２のラチェット歯５０とラチェット爪４４との間で滑りが生じる。ラチェット歯車４２の回転は、駆動ギア３６に伝えられない。
【００３５】
図１に示す切換レバー６２が、操舵軸２０から遠ざかる向きに引かれる。ワイヤー６０が切換レバー６２の向きに引かれる。図３に示すアーム５８がワイヤー６０に引かれて回動する。アーム５８の他端は、コイルばね５６の付勢力に抗して、外歯車５４を内歯車５２に近づける。外歯車５４の外歯５５と内歯車５２の内歯５３とが噛み合う。これにより、クランク軸３４が自転車２を前進する向きに回転させられても、後退する向きに回転させられても、いずれの向きに回転させられても駆動ギア３６が回転させられる。これにより、この自転車２は、クランク２６の回転により、前後両方向に走行可能である。
【００３６】
この自転車２では、この第一円板と第二円板とが接することで回転運動が伝達され、第一円板と第二円板とが離されることで回転運動が伝達されないように構成されている。この観点から、第一円板及び第二円板は、クランク軸３４の方向に対向する面に摩擦板を形成してもよい。第一円板及び第二円板がクランク軸３４の方向で対向する面に歯車を形成してもよい。第一円板と第二円板とが接することで、第一円板と第二円板とが一体に回転させられる。
【００３７】
この自転車２では、内歯５３が外歯５５に伝える回転力の作用方向が、クランク軸３４の軸線方向に直交している。この自転車２では、内歯車５２と外歯車５４とが噛み合うことによる、内歯車５２と外歯車５４とが離れる方向への力が作用しない。この自転車２では、内歯車５２と外歯車５４との間で確実な動力の伝達ができる。
【００３８】
図５は、図３のV-V線に沿った断面図である。図５に示すように、アーム５８の他端は二つに分かれている。この他端は、アーム５８が第二円板を付勢する箇所である。この他端は、クランク軸３４の近傍に位置している。二つの他端の間に、クランク軸３４が位置している。これにより、外歯車５４は、アーム５８により、スムーズに内歯車５２に近づく向きに移動させられる。この観点から、この他端は、二つ以上の複数とされることが好ましい。複数の他端が、クランク軸３４を中心にして配置されることが好ましい。この他端は、コイルばね５６の付勢箇所よりクランク軸３４に近い位置とされることが好ましい。このアーム５８の他端は、弾性体による第二円板の付勢箇所よりクランク軸３４に近い位置とされることが好ましい。
【００３９】
図６（ａ）は図１の自転車２の外歯車５４の正面図であり、図６（ｂ）は外歯車５４の断面の側面図である。この図６（ｂ）で、左向きが内歯車５２に近づく向きである。図６（ｂ）に示されるように、この外歯５５の内歯車５２に対向しつつ近づく側面６４は、テーパ面で形成されている。この側面６４は、歯元側が内歯車５２に近く、歯先側が内歯車５２から遠ざかる向きに傾いている。図６（ｂ）の断面は、外歯５５の刃先から歯元までテーパ面で形成されている。これにより、内歯車５２の内歯５３と外歯車５４の外歯５５とがスムーズに噛み合う。
【００４０】
この自転車２は、一対の前輪６と一対の後輪８とを備えている。この自転車２は四輪自転車とされている。この自転車２は、前後両方向きのいずれの向きの走行も安定している。この自転車２は、リンク装置２２及びデファレンシャル機構を備えている。この自転車２のハンドル１８がきられる。このリンク装置２２では、旋回内周側に位置する前輪６が旋回外周側に位置する前輪６より大きくきられる。このデファレンシャル機構は、旋回内側の後輪８と旋回外側の後輪８とはその走行距離の差に応じて回転数に差を生じさせる。この自転車２は、旋回走行がスムーズに行われる。この自転車２は、一対の前輪６、一対の後輪８、リンク装置２２及びデファレンシャル機構を備えることにより、直進走行及び旋回走行が前後方向いずれの向きにもスムーズである。この自転車２には、四輪自転車の安定性と旋回走行の安定性を兼ね備えている。この自転車２は、この駆動切換装置２８をそなえる自転車として好適である。本発明に係る自転車は車椅子にも適している。
【００４１】
図１に示す切換レバー６２が、操舵軸２０に近づく位置に戻される。ワイヤー６０が弛み、コイルばね５６の付勢力により外歯車５４が内歯車５２から引き離される。外歯車５４がクランク軸３４に沿ってスライドすることで、アーム５８が回動してもとの位置に戻る。外歯車５４の外歯５５と内歯車５２の内歯５３との噛み合うが解除される。これにより、クランク軸３４が自転車２を後退する向きに回転させられても、駆動ギア３６は回転させられない。
【００４２】
図１の自転車２は、クランク２６により駆動する。このクランク２６は、足で回転させられる。このクランク２６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３６がモータにより駆動されてもよい。
【００４３】
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、一方向きと両方向きの駆動伝達の切換が可能である。従来のフリーホイール機構に簡単な機構の追加で一方向きと両方向きの駆動伝達が切換可能とされている。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、駆動切換装置を備えた、車椅子を含む自転車に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【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の自転車の直進時のリンク装置が示された平面図である。
【図３】図３は、図１の自転車の駆動切換装置の部分断面が示された底面図である。
【図４】図４は、図３のIV-IV線に沿った断面図である。
【図５】図５は、図３のV-V線に沿った断面図である。
【図６】図６（ａ）は図１の自転車の外歯車の正面図であり、図６（ｂ）は外歯車の断面の側面図である。
【符号の説明】
【００４６】
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
１７・・・前フレーム
１８・・・ハンドル
２０・・・操舵軸
２２・・・リンク装置
２２１・・・第一リンク
２２２・・・第二リンク
２２３・・・第三リンク
２２４・・・第四リンク
２６・・・クランク
２８・・・駆動切換装置
３０・・・チェーン
３２・・・従動ギア
３４・・・クランク軸
３６・・・駆動ギア
３８・・・フリーホイール機構
４０・・・クラッチ機構
４２・・・ラチェット歯車
４４・・・ラチェット爪
４６・・・板ばね
４８・・・凹部
５０・・・ラチェット歯
５２・・・内歯車
５３・・・内歯
５４・・・外歯車
５５・・・外歯
５６・・・コイルばね
５８・・・アーム
６０・・・ワイヤー
６２・・・切換レバー
６４・・・側面
【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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