JP2013144502A - Bicycle provided with pedal-powered driving-force transmission mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自転車に関するものであり、詳細には、ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車に関するものである。 The present invention relates to a bicycle, and more particularly, to a bicycle provided with a pedal depression type driving force transmission mechanism.
ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車に関しては、踏み込み力の軽減や、伝達力の増大のための様々な提案が為されている。例えば、特許文献1においては、自転車ペダルのクランク軸と同心状に固着された内歯歯車と、クランク軸に回転自在に軸支された太陽歯車と、該太陽歯車と同径で、太陽歯車及び内歯歯車に噛合する遊星歯車を、自転車ペダルのクランクアームから該クランクアームの延長線に沿って延びる延長アームに回転自在に軸支させ、前記太陽歯車に前輪側スプロケットホイールを同軸に固着してなる自転車が開示されている。
For bicycles equipped with a pedal depression type driving force transmission mechanism, various proposals for reducing the depression force and increasing the transmission force have been made. For example, in
この特許文献1に開示された自転車によれば、太陽歯車と遊星歯車とが同径とされているので、ペダルを1回転させると、太陽歯車が4回転し、ギヤ比が4対1となり、従来に比べて増速することができるとされている。しかし、この特許文献1に開示された自転車においては、内歯歯車と太陽歯車との間に踏み込み力を伝える遊星歯車が介在しているので、後輪を回転させる作用点がクランク軸側に寄っており、ペダルに加わる踏み込み力を太陽歯車に伝える腕の長さが短くなってしまう上に、内歯歯車と太陽歯車との間で摩擦抵抗が大きくなり、大きな踏み込み力を必要とするという欠点がある。
According to the bicycle disclosed in
また、特許文献2においては、クランクアームの先端に内歯車を設け、この内歯車に噛み合って回転する外歯車を設け、この内歯車と外歯車のギヤ比を2対1に設定し、さらに、クランクアームの先端がクランクアームの回転中心となるクランク軸から前方に向き、かつ、前記内歯車のクランク軸から離れた側のギヤ部に前記外歯車が噛み合った状態で、ペダルの踏込面が上向きでほぼ水平姿勢となるように、ペダルを外歯車に固定することによって、少ない踏み込み力で大きな回転駆動力を得ようとする自転車が提案されている。
In
しかし、この特許文献2に開示された自転車においては、クランクアームの先端に設けた内歯車の外周面よりもペダルが取り付けられた軸がクランク軸側に位置しているので、力の作用点から回転軸までの腕の長さが短くなるように構成されており、少ない踏み込み力で大きな回転駆動力を得ることはできないという不都合がある。
However, in the bicycle disclosed in
通常、自転車において、ペダルの踏み込み力を効率良く回転駆動力に変えるには、ペダルが取り付けられたクランクアームの長さによる「テコ作用」が大きく影響するものであるが、クランクアームの長さは、クランク軸と地面との距離による制約を受け、自在に長くすることができない。したがって、従来の自転車においては、踏み込み力を軽減しつつ、かつ、回転駆動力を効率良く伝達することは実現されていないというのが実状である。 Normally, in bicycles, to effectively change the pedal depression force to rotational drive force, the lever action due to the length of the crank arm to which the pedal is attached is greatly affected, but the length of the crank arm is Due to the limitation of the distance between the crankshaft and the ground, it cannot be lengthened freely. Therefore, in the conventional bicycle, it is actually not possible to reduce the stepping force and efficiently transmit the rotational driving force.
これら従来の自転車が持つ欠点を解決するものとして、本出願人は、特許文献3において、ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車を提案した。この自転車は、ロータリーエンジンで採用されている位相歯車機構を利用してペダルに掛かる踏み込み力をスプロケット等の駆動輪に伝達するものであり、踏み込み力を軽減しつつ、回転駆動力を効率良く伝達することができる画期的な自転車である。
In order to solve the drawbacks of these conventional bicycles, the present applicant has proposed a bicycle equipped with a pedal depression type driving force transmission mechanism in
しかし、本発明者がその後さらに研究を重ねたところ、特許文献3に開示された自転車において、固定外歯車と噛み合う内歯車を備えたローターを前記固定外歯車の回りに自転しつつ公転させるに際し、ローターをクランク軸に直結する場合には、ローターの公転運動に伴いクランク軸が移動しペダルの位置が変わるため、ペダルの踏み込み力をローターの回転に十分に利用することができないことがあった。また、ローターとクランク軸とをオルダム継手機構を介して連結する場合には、ローターの公転運動に伴いクランク軸が移動することは避けられるものの、オルダム継手機構には摺動部が介在するため、その摺動部における摩擦に起因して、ペダルの踏み込み力をローターに伝達することがスムースに行えないことがあった。このように、本発明者によるその後の研究によれば、特許文献3に開示されているペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車には、回転駆動力をローターに伝達する機構にさらに改良の余地があることが判明した。
However, when the inventor further researched after that, in the bicycle disclosed in
本発明は、本出願人が特許文献3で提案した自転車における回転駆動力の伝達機構を更に改良するために為されたもので、ペダルに掛かる踏み込み力をよりスムースにスプロケット等の駆動輪に伝達すること可能にするペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車を提供することを課題とするものである。
The present invention was made in order to further improve the rotational driving force transmission mechanism in the bicycle proposed by the present applicant in
本発明者は、上記の課題を解決すべく、鋭意研究を重ね試行錯誤を繰り返した結果、偏心輪を摺動回転自在に支持する軸受部を有するローターの外周に外歯車を設けるとともに、この外歯車と噛み合う内歯車を備えた回転体を自転車のクランク軸に取り付けることによって、クランク軸の回転を前記回転体を介してローターに伝達することができ、ペダルの踏み込み力をよりスムースにローターに伝達することができることを見出して本発明を完成した。 In order to solve the above problems, the present inventor has conducted extensive research and repeated trial and error, and as a result, provided an external gear on the outer periphery of the rotor having a bearing portion that slidably supports the eccentric ring. By attaching a rotating body with an internal gear that meshes with the gear to the crankshaft of the bicycle, the rotation of the crankshaft can be transmitted to the rotor via the rotating body, and the pedal depression force can be transmitted more smoothly to the rotor. The present invention has been completed by finding out that this can be done.
すなわち、本発明は、自転車の車体に回転自在に支持されるクランク軸と;前記クランク軸の軸心に対して偏心した偏心輪であって、前記クランク軸の軸心の回りに回転可能な偏心輪と;前記クランク軸と同心の駆動輪であって、前記偏心輪の回転に伴い前記クランク軸の軸心の回りに回転する駆動輪と;前記クランク軸の軸心と同心で、自転車の車体に対して固定された固定外歯車と;前記クランク軸の軸方向に沿った一方の側に前記固定外歯車と噛み合う内歯車を有し、他方の側に前記偏心輪を摺動回転自在に支持する軸受部を有するローターであって、外周に外歯車を有し、前記固定外歯車の中心に対して偏心したローターと;前記ローターの前記外歯車と噛み合う内歯車を有する回転体であって、前記クランク軸に連結され、前記クランク軸の軸心の回りに回転する回転体とを有する、ペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車を提供することによって上記の課題を解決するものである。 That is, the present invention relates to a crankshaft that is rotatably supported by a bicycle body; an eccentric wheel that is eccentric with respect to the axis of the crankshaft, and that is rotatable about the axis of the crankshaft. A driving wheel that is concentric with the crankshaft, and that rotates around the axis of the crankshaft as the eccentric wheel rotates; concentric with the axis of the crankshaft, A fixed external gear fixed to the crankshaft; an internal gear that meshes with the fixed external gear on one side along the axial direction of the crankshaft, and the eccentric wheel that is slidably supported on the other side A rotor having a bearing portion that has an external gear on an outer periphery and is eccentric with respect to a center of the fixed external gear; and a rotary body having an internal gear meshing with the external gear of the rotor, Connected to the crankshaft, And a rotating member which rotates the axis around the link axis is to solve the above problems by providing a bicycle with a pedal-type driving force transmitting mechanism.
本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、ペダルを踏み込むことによってクランク軸を回転させ、クランク軸と連結されている前記回転体を回転させて、前記回転体に設けられた内歯車と噛み合う外歯車を有するローターを回転させるので、クランク軸からローターへの回転駆動力の伝達機構に摺動部分が存在せず、ペダルの踏み込み力をよりスムースにローターに伝達することができる。 In the bicycle provided with the pedal depression type driving force transmission mechanism of the present invention, the crankshaft is rotated by depressing the pedal, and the rotating body connected to the crankshaft is rotated to be provided on the rotating body. Since the rotor having the external gear meshing with the internal gear is rotated, there is no sliding portion in the transmission mechanism of the rotational driving force from the crankshaft to the rotor, and the pedal depression force can be transmitted to the rotor more smoothly. .
また、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、前記偏心輪、前記ローター、及び前記回転体が、前記クランク軸の軸方向に沿って自転車の車体の内側から外側に向かってこの順で配置されているのが好ましい。前記偏心輪、前記ローター、及び前記回転体がこの順で配置されている場合には、例えば、回転体として上部が開口した有底の円筒形状のものを用い、その開口部を自転車の車体の内側に向けて配置することによって、前記ローターと前記偏心輪の少なくとも一部を前記回転体でカバーして、外部からのホコリ等が可動部分に入り込まないようにすることができる。 In the bicycle provided with the pedal depression type driving force transmission mechanism of the present invention, the eccentric wheel, the rotor, and the rotating body are directed from the inside to the outside of the bicycle body along the axial direction of the crankshaft. The levers are preferably arranged in this order. When the eccentric wheel, the rotor, and the rotating body are arranged in this order, for example, a rotating cylindrical body with a bottom having an upper opening is used, and the opening is formed on a bicycle body. By disposing it inward, at least a part of the rotor and the eccentric ring can be covered with the rotating body so that dust or the like from the outside does not enter the movable part.
また、本発明の自転車は、その好適な一態様において、前記回転体の前記内歯車と噛み合う前記ローターの前記外歯車が、前記固定外歯車と噛み合う前記ローターの前記内歯車と、前記ローターを挟んで背中合わせに対向している。このように、ローターに設けられる外歯車と内歯車とが背中合わせに対向している場合には、前記回転体の回転力がローターに作用する位置と、ローターが前記固定外歯車によって回転自在に支持される位置とが、クランク軸の軸方向に垂直な同一平面上に存在することになるので、前記回転体の回転力を的確に前記ローターに伝達し、前記ローターをよりスムースに回転させることができるという利点が得られる。 In a preferred aspect of the bicycle of the present invention, the external gear of the rotor meshing with the internal gear of the rotating body sandwiches the rotor with the internal gear of the rotor meshing with the fixed external gear. Are facing each other back to back. As described above, when the external gear and the internal gear provided on the rotor face each other back to back, the position where the rotational force of the rotating body acts on the rotor and the rotor is rotatably supported by the fixed external gear. Is located on the same plane perpendicular to the axial direction of the crankshaft, the rotational force of the rotating body can be accurately transmitted to the rotor, and the rotor can be rotated more smoothly. The advantage that it can be obtained.
さらに、本発明の自転車は、その好適な他の一態様において、前記回転体の前記内歯車と噛み合う前記ローターの前記外歯車が、前記固定外歯車と噛み合う前記ローターの前記内歯車及び前記偏心輪を摺動回転自在に支持する前記軸受部の双方と、前記ローターを挟んで背中合わせに対向している。このように、ローターに設けられる外歯車が、ローターの内歯車及び偏心輪を支持する軸受部の双方と背中合わせに対向している場合には、前記回転体による回転力をローターの内歯車と軸受部の双方に均等に伝達することができるので、ローター自身と、ローターの軸受部に摺動回転自在に支持されている偏心輪とを、共に偏りなくスムースに回転させることができるという利点が得られる。 Furthermore, in another preferred aspect of the bicycle of the present invention, the internal gear of the rotor and the eccentric wheel of the rotor in which the external gear of the rotor meshing with the internal gear of the rotating body meshes with the fixed external gear. Are opposed to each other with the rotor interposed between them and the bearings that support the sliding rotation of the bearings. As described above, when the external gear provided on the rotor is opposed to both the internal gear of the rotor and the bearing portion that supports the eccentric ring, the rotational force by the rotating body is applied to the internal gear of the rotor and the bearing. Therefore, the rotor itself and the eccentric wheel supported so as to be slidable and rotatable on the bearing portion of the rotor can be smoothly rotated without deviation. It is done.
なお、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、スプロケット等の駆動輪をクランク軸によって直接回転させるのではなく、まずクランク軸に連結された回転体を回転させてローターを回転させ、その回転によって偏心輪を介して駆動輪を回転させるので、偏心輪における偏心軸からローターによる回転力の作用点までの距離を腕の長さとするモーメントを利用することができる。したがって、駆動輪をクランク軸によって直接回転させる場合に比べて、軽い踏み込み力で駆動輪を回転させることができるものである。 In the bicycle equipped with the pedal depression type driving force transmission mechanism according to the present invention, the driving wheel such as a sprocket is not directly rotated by the crankshaft, but the rotor is first rotated by rotating the rotating body connected to the crankshaft. Since the drive wheel is rotated through the eccentric wheel by the rotation, a moment having the distance from the eccentric shaft of the eccentric wheel to the point of application of the rotational force by the rotor as the arm length can be used. Therefore, the drive wheel can be rotated with a lighter stepping force than when the drive wheel is directly rotated by the crankshaft.
また、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、固定外歯車とローターが有する内歯車のギヤ比は2:3であるのが望ましい。外歯車と内歯車のギヤ比が2:3である場合には、ローターが1回転すると、ローターの軸受に摺動回転自在に支持されている偏心輪は3回転するので、クランク軸による回転を増速してスプロケット等の駆動輪に伝達することができるので、回転駆動力を効率良く駆動輪に伝達することができる。 In the bicycle provided with the pedal depression type driving force transmission mechanism of the present invention, it is desirable that the gear ratio of the fixed external gear and the internal gear of the rotor is 2: 3. When the gear ratio of the external gear and the internal gear is 2: 3, when the rotor makes one rotation, the eccentric wheel supported so as to be slidably rotatable on the bearing of the rotor makes three rotations. Since the speed can be increased and transmitted to a driving wheel such as a sprocket, the rotational driving force can be efficiently transmitted to the driving wheel.
本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車によれば、クランク軸を回転させることによって、クランク軸に連結された回転体を回転させ、この回転体を介してローターと、さらには偏心輪とを回転させることができるので、ペダルの踏み込み力をよりスムースにスプロケット等の駆動輪に伝達することができるという利点が得られる。また、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車においては、スプロケット等の駆動輪をクランク軸によって直接回転させるのではなく、まずクランク軸に連結された回転体を回転させてローターを回転させ、その回転によって偏心輪を介して駆動輪を回転させるので、偏心輪における偏心軸からローターによる回転力の作用点までの距離を腕の長さとするモーメントを利用することができ、駆動輪をクランク軸によって直接回転させる場合に比べて、軽い踏み込み力で駆動輪を回転させることができるという利点が得られる。さらに、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車によれば、踏み込み力を軽減しつつ、かつ、クランク軸の回転を増速して、効率良く駆動輪に伝達することができるので、脚力の弱い利用者においても自転車利用が容易なものとなるという利点が得られる。 According to the bicycle provided with the pedal depression type driving force transmission mechanism of the present invention, the rotating body connected to the crankshaft is rotated by rotating the crankshaft, and the rotor, and further the eccentricity is rotated through the rotating body. Since the wheel can be rotated, there is an advantage that the pedal depression force can be transmitted more smoothly to the drive wheel such as a sprocket. Further, in the bicycle equipped with the pedal depression type driving force transmission mechanism of the present invention, the driving wheel such as the sprocket is not directly rotated by the crankshaft, but the rotor is first rotated by rotating the rotating body connected to the crankshaft. Since the drive wheel is rotated through the eccentric wheel by the rotation, the moment having the length of the arm as the distance from the eccentric shaft in the eccentric wheel to the point of action of the rotational force by the rotor can be used. As compared with the case where the wheel is directly rotated by the crankshaft, there is an advantage that the driving wheel can be rotated with a light depression force. Furthermore, according to the bicycle provided with the pedal depression type driving force transmission mechanism of the present invention, the depression force can be reduced and the rotation of the crankshaft can be accelerated and transmitted to the driving wheel efficiently. The advantage is that even a user with weak leg power can easily use the bicycle.
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the illustrated one.
図1は、本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車の一例を示す側面図である。図1において、1は本発明のペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車であり、2はスプロケットやプーリー等の駆動輪、3は駆動輪2の回転力を後輪に伝達するチェーン又はベルト等の伝動帯である。4はペダル、5はクランク、6はクランク軸、7は回転体、8は自転車1の車体を構成するフレームである。
FIG. 1 is a side view showing an example of a bicycle provided with a pedal depression type driving force transmission mechanism of the present invention. In FIG. 1,
図2は、図1における駆動力伝達機構の要部を拡大して示す部分断面平面図であり、図3は、図2のさらに一部を拡大して示す部分断面平面図である。図1におけると同じ部材には同じ符号を付してある。図2及び図3において、9はボトムブラケット、10はベアリングであり、クランク軸6はベアリング10によってボトムブラケット9内に回転自在に支持されている。11は固定外歯車であり、固定外歯車11はクランク軸6と同心に配置された円筒部材12に固定されている。円筒部材12はボトムブラケット9に固定されているので、固定外歯車11は自転車1の車体に対して固定されていることになる。また、固定外歯車11は円筒部材12と同心であり、円筒部材12はクランク軸6と同心であるので、固定外歯車11はクランク軸6の回転軸とも同心である。なお、図示の例では円筒部材12はボトムブラケット9に固定されているが、円筒部材12はフレーム8に固定するようにしても良い。
FIG. 2 is an enlarged partial sectional plan view showing a main part of the driving force transmission mechanism in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged partial sectional plan view showing a part of FIG. The same members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. 2 and 3, 9 is a bottom bracket, 10 is a bearing, and the
13はローター、14は偏心輪である。図2及び図3に示すとおり、ローター13は、クランク軸6の軸方向に沿った自転車1の車体の外側に位置する一方の側(図示の例では右側)に固定外歯車11と噛み合う内歯車13g−iを有しており、クランク軸6の軸方向に沿った自転車1の車体の内側に位置する他方の側(図示の例では左側)に偏心輪14を摺動回転自在に支持する軸受部13bを有している。また、ローター13は、その外周に、後述する回転体7の内歯車と噛み合う外歯車13g−oを有している。ローター13は、固定外歯車11の中心に対して偏心している。前述したとおり、固定外歯車11の中心はクランク軸6の軸心と一致しているので、ローター13はクランク軸6の軸心に対して偏心していることになる。
13 is a rotor, and 14 is an eccentric ring. As shown in FIGS. 2 and 3, the
一方、偏心輪14は、クランク軸6の軸方向に沿った自転車1の車体の外側に位置する一方の側でローター13の軸受部13bに摺動回転自在に支持されているとともに、クランク軸6の軸方向に沿った自転車1の車体の内側に位置する他方の側でベアリング10を介して円筒部材12に対して回動自在に取り付けられている。前述したとおり円筒部材12はクランク軸6と同心であるので、偏心輪14は、クランク軸6の軸心の回りに回転自在である。偏心輪14には、クランク軸6の軸心と同心に駆動輪2が取り付けられており、偏心輪14がクランク軸6の軸心の回りに回転すると、その回転に伴い、駆動輪2もクランク軸6の軸心の回りに回転する。なお、本例において、偏心輪14は円筒部材12に回転自在に取り付けられているが、円筒部材12ではなく、ボトムブラケット9又はフレーム8に対して回転自在に取り付けるようにしても良い。
On the other hand, the
また、本例においては、図2及び図3に示すとおり、偏心輪14を回転自在に支持するベアリング10と駆動輪2とはクランク軸6の軸方向に垂直な同一平面上に位置しているので、偏心輪14の回転に伴う駆動輪2の回転はその回転面内に位置するベアリング10で支持されることになり、安定したスムースな回転が期待できるという利点が得られる。
In this example, as shown in FIGS. 2 and 3, the bearing 10 that rotatably supports the
回転体7は、上部が開口した有底の円筒形状をしており、その円筒形状の底面を自転車1の車体の外側に向けてクランク軸6に取り付けられている。回転体7の車体の外側方向に向いた円筒形状の底面は、クランク軸6の軸心から放射状に伸びる複数の離散したスポーク状の部材で構成されていても良いが、円筒形状の内側に存在する可動部分にホコリ等の異物が侵入することを防止するという観点からは、連続した円形の板状部材で構成するのが好ましい。回転体7の上部が開口した円筒形状の内側には、ローター13の外周に設けられた外歯車13g−oと噛み合う内歯車7g−iが設けられている。回転体7はクランク軸6に取り付けられてクランク軸6と連結されているので、図示しないペダルとクランクを介してクランク軸6を回転させると、回転体7は、その内歯車7g−iをローター13の外歯車13g−oと噛み合わせながら、クランク軸6の軸心の回りに回転する。
The
このように、本例の自転車においては、偏心輪14、ローター13、及び回転体7が、クランク軸6の軸方向に沿って自転車1の車体の内側から外側に向かってこの順で配置するとともに、上部が開口した有底の円筒形状の回転体7を、その開口部を自転車1の車体の内側に向けて配置しているので、回転体7の円筒側面を適宜伸張して、回転体7の円筒側面によって偏心輪14の少なくとも一部とローター13とをカバーする場合には、外部からのホコリ等の異物が可動部分に入り込むのを防止して、動作不良等の発生頻度を低く抑えることができるという利点が得られる。
Thus, in the bicycle of this example, the
また、本例においては、図2及び図3に示すとおり、ローター13における内歯車13g−iと外歯車13g−oとは、ローター13を挟んで背中合わせに対向している。ローター13を挟んで背中合わせに対向するとは、内歯車13g−iと外歯車13g−oとが、少なくともその一部において、クランク軸6の軸方向に垂直な同一平面上に存在することをいう。特に本例においては、内歯車13g−iの全部が外歯車13g−oの全部とクランク軸6の軸方向に垂直な同一平面上に存在しており、クランク軸6の軸方向において、内歯車13g−iが存在する位置と外歯車13g−oが存在する位置とは重なっている。ローター13における内歯車13g−iと外歯車13g−oとがローター13を挟んで背中合わせに対向している場合には、回転体7の回転力がローター13に作用する位置と、ローター13が固定外歯車11によって回転自在に支持される位置とが、クランク軸6の軸方向に沿った少なくとも一部において、同一平面上に存在することになるので、回転体7を回転させてローター13を回転させるに際し、回転体7の回転力を的確にローター13に伝達して、ローター13をよりスムースに回転させることができるという利点が得られる。
In this example, as shown in FIGS. 2 and 3, the
図4は図2におけるX−X’断面図である。6cはクランク軸6の軸心、13cはローター13の中心であり、ローター13の中心13cはクランク軸6の軸心6cから、図中eで示す距離だけ偏心している。また、図4に示すとおり、ローター13のクランク軸6の軸方向に垂直な平面での断面形状はドーナツ状である。
4 is a cross-sectional view taken along line X-X ′ in FIG. 2. 6c is the axis of the
図5は図2におけるY−Y’断面図である。14cは偏心輪14の中心であり、偏心輪14の中心14cはローター13の中心13cと一致しており、クランク軸6の軸心6cから、図中eで示す距離だけ偏心している。また、図5に示すとおり、偏心輪14のクランク軸6の軸方向に垂直な平面での断面形状は円形である。
5 is a cross-sectional view taken along the line Y-Y 'in FIG. 14c is the center of the
図4に示すとおり、ローター13の内歯車13g−iは、固定外歯車11よりも大径で、内歯車13g−iの方が固定外歯車11よりも歯数が多い。そのため、ローター13の内歯車13g−iと固定外歯車11とは、その一部で噛み合うものの、他の部分では離れている。固定外歯車11と内歯車13g−iとの歯数の比、すなわち、ギヤ比に特に制限はないが、整数比であるのが望ましく、好ましくは、固定外歯車11と内歯車13g−iとのギヤ比は2:3とするのが良い。固定外歯車11と内歯車13g−iとのギヤ比が2:3である場合には、ローター13がその内歯車13g−iを固定外歯車11と噛み合わせながら、固定外歯車11の周囲を自転しながら1回公転すると、ローター13の軸受部13bに摺動回転自在に支持されている偏心輪14はクランク軸6の軸心6cの回りに3回転することになり、増速割合が適当となるので好ましい。なお、位相歯車機構におけるギヤ比と回転数との関係については、例えば、GP企画センター編、「マツダ・ロータリーエンジンの歴史」、株式会社グランプリ出版、2003年2月10日初版発行、28〜36頁、44頁に詳述されている。
As shown in FIG. 4, the
また、図4に示すとおり、回転体7の内歯車7g−iは、ローター13の外周に設けられた外歯車13g−oよりも大径で、内歯車7g−iの方が外歯車13g−oよりも歯数が多い。そのため、回転体7の内歯車7g−iとローター13の外歯車13g−oとは、その一部で噛み合い、他の部分では離れている。図4に示す状態から回転体7を回転させると、その回転に伴い、回転体7の内歯車7g−iと噛み合う外歯車13g−oを有するローター13は固定外歯車11の回りを自転しながら公転する。このとき、ローター13の外歯車13g−oのクランク軸6の軸心6cから最も遠い位置にある点の軌跡はクランク軸6の軸心6cを中心とする円を描くので、この円の半径に対応する半径の内歯車7g−iをクランク軸6の軸心6cと同心に回転体7に設けておくと、ローター13が回転して固定外歯車11の周囲を自転しながら公転しても、回転体7の内歯車7g−iとローター13の外歯車13g−oとは、その噛み合い位置を変化させながらも常に一部で噛み合うことになり、クランク軸6の回転に伴う回転体7の回転を内歯車7g−iと外歯車13g−oを介して連続してローター13に伝達することが可能となる。
4, the
この点を図面を用いて詳述すれば以下のとおりである。すなわち、図6は、図2におけるX−X’断面図において回転体7を省略した図であるが、図6において、クランク軸6の軸心6cとローター13の中心13cとは距離eだけ離れており、ローター13の中心13cは、クランク軸6の軸心6cから距離eだけ偏心している。図6に示す状態では、ローター13の内歯車13g−iは、固定外歯車11の図中頂部で固定外歯車11と噛み合っており、ローター13に設けられた外歯車13g−oの図中最下端の点Pが、外歯車13g−oのクランク軸6の軸心6cから最も遠い位置にある点となる。ローター13の中心13cからローター13の外周に設けられている外歯車13g−oの先端までの距離、つまりは外歯車13g−oの半径をrとすると、軸心6cから点Pまでの距離はe+rとなる。ローター13がその内歯車13g−iを固定外歯車11と噛み合わせながら固定外歯車11の周囲を自転しながら公転すると、ローター13と固定外歯車11との位置関係は変化し、クランク軸6の軸心6cから最も遠い位置にある点Pも移動するが、クランク軸6の軸心6cから点Pまでの距離は常にe+rであり、変化しない。
This point will be described in detail with reference to the drawings as follows. That is, FIG. 6 is a view in which the
すなわち、例えば図7に示すように、図6に示す状態からローター13が固定外歯車11の周囲を自転しながら公転して、固定外歯車11の図中左端部においてローター13の内歯車13g−iと固定外歯車11とが噛み合う状態になると、ローター13の外歯車13g−oの図中最右端の点Pがクランク軸6の軸心6cから最も遠い位置にある点となるが、この点Pの軸心6cからの距離もe+rである。このように、クランク軸6の軸心6cから最も遠い位置にある点Pまでの距離は、ローター13が固定外歯車11の周囲を回転して、ローター13と固定外歯車11との位置関係が変化しても変わらずe+rである。つまり、クランク軸6の軸心6cを中心として、半径がe+rとなる円Cを想定すると、ローター13が固定外歯車11の周囲を自転しながら公転しても、ローター13における外歯車13g−oの軸心6cから最も遠い位置にある点Pは、常にこの円Cに内接していることになる。したがって、図8に示すように、距離e+rに対応した半径を有する内歯車7g−iを、ローター13の外歯車13g−oと一部分で噛み合うように、クランク軸6の軸心6cと同心に回転体7に設けておくと、ローター13が回転して固定外歯車11の周囲を自転しながら公転しても、回転体7の内歯車7g−iとローター13の外歯車13g−oとは常にその一部分で噛み合い、クランク軸6の回転に伴う回転体7の回転を連続してローター13に伝達することが可能となる。
That is, for example, as shown in FIG. 7, the
次に、図9〜図11を用いて、本例のペダル踏み込み型駆動力伝達機構の動作を説明する。図9〜図11において、各図の(a)は、図2におけるX−X’断面図に相当し、クランク軸6の回転に伴う回転体7の回転よってローター13が、その内歯車13g−iを固定外歯車11と噛み合わせながら、固定外歯車11の周囲を回転する運動を示している。また、各図の(b)は、図2におけるY−Y’断面図に相当し、回転体7の回転に伴う偏心輪14及びの運動と、それに伴う駆動輪2の運動を示している。
Next, the operation of the pedal depression type driving force transmission mechanism of this example will be described with reference to FIGS. 9 to 11, (a) in each figure corresponds to a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. 2, and the
図9〜図11の(a)に示すように、図示しないクランク軸6の回転に伴って回転体7が図中矢印方向に回転すると、その回転は、回転体7の内歯車7g−i及びローター13の外歯車13g−oを介してローター13に伝達され、ローター13はその内歯車13g−iの一部を固定外歯車11と噛み合わせながら固定外歯車11の周囲を回転する。このローター13の回転に伴い、各図の(b)に示すとおり、ローター13の内部に摺動回転自在に支持されている偏心輪14は、クランク軸6の軸心6cを中心に図中矢印方向に回転し、その結果、偏心輪14と連結されている駆動輪2も図中矢印方向に回転する。このとき各図の(b)に示すように、偏心輪14の中心14cはクランク軸6の軸心6cから前述した距離eだけ偏心しているので、ローター13によって偏心輪14に加えられる回転力は、軸心6cから偏心輪14の中心14cをとおって偏心輪14の外周までの距離を腕の長さとするモーメントとなって偏心輪14に効率良く伝達されることになる。また、クランク軸6の回転は、回転体7の内歯車7g−i及びローター13の外歯車13g−oという歯車機構を介してローター13に伝達されるので、摺動摩擦によるエネルギーロスがなく、効率良く駆動輪2を回転させることが可能である。
As shown in FIGS. 9 to 11A, when the
本例の自転車1は、上記のように構成されているので、ペダル4とクランク5を介してクランク軸6を回転させると、その回転は回転体7を介してローター13に伝達され、ローター13が、その内歯車13g−iの一部を固定外歯車11と噛み合わせながら固定外歯車11の周囲を自転しながら公転することによって、ローター13内にベアリング10によって摺動回転自在に支持されている偏心輪14が回転し、その結果、偏心輪14と結合されている駆動輪2が回転することになる。このとき、固定外歯車11の歯数と、ローター13の内歯車13g−iの歯数の比であるギヤ比に応じて、クランク軸6の回転は増速して駆動輪2に伝達されることになる。
Since the
図12は、本発明のペダル踏み込み形駆動力伝達機構を備えた自転車における駆動力伝達機構の他の一例の要部を拡大して示す部分断面平面図であり、図13は、図12のさらに一部を拡大して示す部分断面平面図である。これまでの説明におけると同じ部材には同じ符号を付してある。 FIG. 12 is an enlarged partial cross-sectional plan view showing a main part of another example of the driving force transmission mechanism in the bicycle provided with the pedal depression type driving force transmission mechanism of the present invention. FIG. It is a fragmentary sectional top view which expands and shows a part. The same members as those described above are denoted by the same reference numerals.
図12及び図13に示すとおり、本例においては、ローター13の外歯車13g−oは、クランク軸6の軸方向に沿ってローター13の外周に長く延在しており、ローター13の内歯車13g−i及び軸受部13bの双方とローター13を挟んで背中合わせに対向している。すなわち、ローター13の外歯車13g−oと、軸受部13bを構成するベアリング10及び内歯車13g−iとが、少なくともそれぞれの一部において、クランク軸6の軸方向に垂直な同一平面上に存在しており、特に、本例の場合には、軸受部13bを構成するベアリング10及び内歯車13g−iの全部が、外歯車13g−oとクランク軸6の軸方向に垂直な同一平面上に存在しており、クランク軸6の軸方向において、軸受部13bを構成するベアリング10及び内歯車13g−iが存在する位置と、外歯車13g−oが存在する位置とは重なっている。
As shown in FIGS. 12 and 13, in this example, the
また、回転体7は、図2及び図3に示したものよりも深い有底の円筒形状に形成されており、その円筒形状の内側には、ローター13の外周に設けられている外歯車13g−oと略同じクランク軸6の軸方向長さを有する内歯車7g−iが設けられ、内歯車7g−iはその一部で外歯車13g−oと噛み合っている。
The
このように本例の駆動力伝達機構においては、ローター13の外歯車13g−oは、ローター13の内歯車13g−i及び軸受部13bの双方とローター13を挟んで背中合わせに対向しているので、回転体7による回転力をローター13の内歯車13g−iと軸受部13bの双方に均等に伝達することができるので、ローター13自身と、ローター13の軸受部13bに摺動回転自在に支持されている偏心輪14とを、共に偏りなくスムースに回転させることができるという利点が得られる。また、回転体7の円筒形状が深く、ローター13と偏心輪14の一部をカバーしているので、外部からのホコリ等の異物が可動部分に入り込むのを防止して、動作不良等の発生頻度を低く抑えることができるという利点が得られる。
Thus, in the driving force transmission mechanism of the present example, the
本発明によるペダル踏み込み型駆動力伝達機構を備えた自転車によれば、クランク軸の回転を歯車機構を介してローターに伝達することができ、軽い踏み込み力で効率良く自転車を進行させることができるので、脚力が十分でない利用者であっても、容易に自転車を利用することが可能となる。また、踏み込み力の伝達効率が高いので、発進時や登坂路の負担軽減はもとより、長時間、長距離走行が可能となり、自転車の利用機会、利用範囲、利用者層の拡大がもたらされる。したがって、本発明が当該産業分野に与える影響には実に多大のものがある。 According to the bicycle having the pedal depression type driving force transmission mechanism according to the present invention, the rotation of the crankshaft can be transmitted to the rotor via the gear mechanism, and the bicycle can be efficiently advanced with a light depression force. Even a user with insufficient leg strength can easily use a bicycle. In addition, because the transmission efficiency of the stepping force is high, it is possible to travel long distances for a long time, as well as to reduce the burden on starting and uphill roads, resulting in the expansion of bicycle use opportunities, use range, and user groups. Therefore, the influence of the present invention on the industrial field is very large.
1 自転車
2 駆動輪
3 伝動帯
4 ペダル
5 クランク
6 クランク軸
7 回転体
8 フレーム
9 ボトムブラケット
10 ベアリング
11 固定外歯車
12 円筒部材
13 ローター
14 偏心輪
e 偏心距離
1
e Eccentric distance
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