(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-01
(45)【発行日】2023-03-09
(54)【発明の名称】自転車の入力装置
(51)【国際特許分類】
B62M 1/26 20130101AFI20230302BHJP
B62M 1/30 20130101ALI20230302BHJP
B62M 3/00 20060101ALI20230302BHJP
【ＦＩ】
B62M1/26
B62M1/30
B62M3/00 D
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020174999
(22)【出願日】2020-09-30
(65)【公開番号】P2022058058
(43)【公開日】2022-04-11
【審査請求日】2022-03-16
【権利譲渡・実施許諾】特許権者において、権利譲渡の用意がある。
(73)【特許権者】
【識別番号】518092366
【氏名又は名称】磯川 廣喜
(72)【発明者】
【氏名】磯川 廣喜
【審査官】中川 隆司
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１１１９９５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国実用新案第２０３２１１４６８（ＣＮ，Ｕ）
【文献】特許第０１９７１６（ＪＰ，Ｃ１）
【文献】特表２０１０－５２３３８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０２６０７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１９９９６７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６２Ｍ １／２６
Ｂ６２Ｍ １／３０
Ｂ６２Ｍ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項3】
請求項１記載の針状コロ方式一方向クラッチ（１８）に換えて、右クランクボス（１２）と左クランクボス（１３）の対向側にそれぞれ内輪（４０・４１）を形成し、スプロケット軸（４２）と回転がずれないように該軸（４２）に係着した外輪（４３）に複数個のＶ溝（４４）を形成して、該Ｖ溝（４４）に係合する凸片（４５）と該内輪（４０・４１）に係合する円弧片（４６）を形成し中央に線バネ（４７）を入れるスリット（４８）を設けた転体（４９）をそれぞれ両内輪（４０・４１）と外輪（４３）間に配置し、線バネ（４７）によって内輪（４０・４１）と外輪（４３）間にくさび作用が働く方向に組み込んだ、請求項２記載の自転車の入力装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自転車の推進装置に関するものの内、チェーンと後輪周りを含まないクランク周辺と漕ぎ方に関するものであり、従来の入力方式であるクランクの円運動を円弧運動に変えることで、従来の入力方式の最大欠点である上・下死点での伝達ロスを排除することにより登坂性能の大幅な向上を可能となす装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ペダルと靴を連結しない既存の一般的な自転車で坂道を登る時のペダル踏力とクランク角度及び動力伝達の関係について詳しく考えてみる時、登坂性能を著しく低下させる要素は、間違いなくクランクの上・下死点とその近辺における伝達ロスである。登坂時の漕ぎ方としてサドルから腰を浮かせペダルに全体重を乗せて漕ぐが、そもそも上・下死点に位置するペダルに体重を乗せてもクランクを回転させる力には変換されない。クランクの上死点を０度、下死点を１８０度とし、踏力がさほどのロス無くクランクの回転力として伝達する角度域を４５度から１３５度までと仮定して以下に説明すれば、クランクの片側が該角度域にある内にもう一方のクランクが該角度域に達する分の自転車本体の惰性が得られるまで片側のクランクで加速しない限り連続してペダルを漕ぐことはできない。いわば上記該角度域を推力工程とすればもう一方のクランクの３１５度から４５度までの角度域は自転車本体の惰性によってクランクが進むのを待たなければならない待機行程と言える。惰性の減衰が著しい上り坂に於いて、ペダルが効率的な位置に進むまでの間を惰性でつながなくてはならないことが登坂性能低下の最大の要因である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明は、力を伝えにくい上・下死点での伝達を排除して、ペダルを踏む力が回転トルクとして伝達しやすい角度域でのみ両側のペダルを交互に連続して踏める構成とするために、前輪と後輪を結ぶ線に線対象にクランク及びペダルを配置してクランクを円弧運動に制限し、且つ片側のペダルを押し下げるとこれに同期してもう一方のペダルが押し上がる構成を設け、ペダルを踏み込む方向にのみ回転を伝達し逆方向は空転する一方向クラッチをクランクとクランクスプロケット間に配置して前記待機行程を無くす。
【課題を解決するための手段】
【0004】
従来のクランク軸に相当する部品として、シェルの内径両端にそれぞれ螺合するラジアル方向及びスラスト方向の負荷を許容する大径軸受をガイドとしてシェルの軸芯を軸に回転自在な一対の対向するクランクボスを与え、両該クランクボスの外側にはクランクをねじ止めする接合部を形成し、対向側にもそれぞれラジアル方向及びスラスト方向の負荷を許容する小径軸受を圧入してこれを両該クランクボスで挟み込むかたちとし、上記大径軸受をねじ込んで両該クランクボスを押しつけることで、ペダリングのための必要な強度を持たせながら左右のクランクを別々にガタ無くスムースに漕げるようにする。
【0005】
クランクボスの回転をクランクスプロケットに伝えるスプロケット軸は、両クランクボスの外端中心に圧入される軸受にてその両端を支え、且つ前記小径軸受の内径とスプロケット軸の外径をスキマ嵌として、機械的強度のアップを図る。
【0006】
クランクボスの回転方向のうち自転車を前進させる方向のみをスプロケット軸に伝える針状コロ方式一方向クラッチは該ボス内径に圧入されてスプロケット軸と嵌合し、上記軸受と小径軸受によって該ボスのガタつきによる破損を防止する。
【0007】
ラチェット歯と爪の噛合いによる一方向クラッチ方式はクランクとスプロケット軸間で最大で該歯一歯分の遊びが生じるため適さず、外輪と内輪間に置かれる転体の楔作用によるロック方式のほうが合理的である。
【0008】
スプロケット軸と逆ねじで螺着されるクランクスプロケットは左右のペダルの水平距離を狭くして漕ぎ易くするために、お椀状にプレス成型される。
【0009】
両クランクボスの対向側にそれぞれ傘歯車を形成し、これに噛合う小傘歯車を回転自在に保持する保持体をシェル内径にガタ無く収め、該保持体のスラスト方向の動きを自在にしつつラジアル方向には回動しないようにシェルに固定して、片方のクランクの回動方向に連動させてもう一方のクランクを逆回動させる一手段となす。
【0010】
片方のペダルを押し下げるともう一方が引き上がる別手段として、シェル外径と同心円状にベルトを掛けるプーリ部とプーリ部の端にベルトを止着するベルト止めを両クランクに形成して左右のクランクをベルトで繋ぎ、このベルトをサドルフレームに固定した滑車に掛けて両クランクを吊ることにより目的の動きを得る。
【発明の効果】
【0011】
以上の構成により、力が伝わりにくい上・下死点にペダルが位置することが無くなり、及び前記待機行程が無くなるため上り坂において自転車本体の惰性を減少させずに推力を与えることができる。今仮に自転車が倒れない最低速度を５ｋｍ／ｈとして大まかに説明すれば、従来の自転車で勾配１０度の坂における待機行程での速度減衰が１０ｋｍ／ｈとすれば推力工程に於いて１５ｋｍ／ｈまで加速しないと最低速度の５ｋｍ／ｈを維持できないことになる。見方を逆にすれば従来自転車で勾配１０度の坂を登れるのであれば本発明なら同勾配を時速１５ｋｍで登れることになる。
【0012】
クランクの回動角はストッパー位置で決められ、この角度内であればペダルを踏む角度は漕ぎ手の自在である。クランクが水平に近いほど動力伝達の効率は上がるから急坂は踏み角を小さくする等使い勝手が増す。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【実施例1】
【0015】
図１～図６は、片側のペダルを踏み込むともう一方が押し上がる構成をシェル８内部に収めた一実施形態であり、図１は右ペダル１が最上点で左ペダル２が最下点にある状態を示した図であって、クランクスプロケット５は右クランク３の外側に配置される。
【0016】
図３に示すごとく、クランク３・４の最大動作角は、両ペダル１・２の高さを合わせた時のクランク３・４とストッパー１０の成す角で決まり、ストッパー１０はフレーム７に溶着されてシェル８の外径を締着するシェル押え９に形成される。
【0017】
図５及び図６に於いて、従来のクランク軸に相当する部品として、軸心部に貫通穴をあけ大径とした一対の対向する右クランクボス１２と左クランクボス１３を与え、クランク３・４との接合側をシェル８の内径に螺着される大径軸受１４で支持し、両該ボス１２・１３の対向側には、後述のスプロケット軸１７の外径と嵌合する小径軸受１５をそれぞれ圧入して両該ボス１２・１３で挟み込む配置とし、大径軸受１４をねじ込み両該ボス１２・１３を軸芯方向に押し付けることで、左右のクランク３・４の個別な回転を可能となし且つペダリングの為の必要な強度を持たせる。ここでの軸受はラジアル荷重に比例したスラスト荷重が必要であるから接触角を大きくとったアンギュラ型が適す。
【0018】
両該クランクボス１２・１３の回転方向のうち自転車を前進させる方向の回転のみをクランクスプロケット５が固着されるスプロケット軸１７に伝える針状コロ方式一方向クラッチ１８は両該ボス１２・１３の内径にそれぞれ圧入されてスプロケット軸１７の外径と嵌合し、該軸１７は両該ボス１２・１３の外端中心に圧入される軸受１９にてその両端を支えられ且つ上記小径軸受１５の内径とスキマ嵌として両該ボス１２・１３の動作面の安定及び強度アップを図りながら両該ボス１２・１３のガタつきによる該クラッチ１８の破損を防止する。
【0019】
両該ボス１２・１３の対向側に傘歯車２０を形成し、これに噛み合う小傘歯車２１を回転自在に軸支する支軸２２を圧入した保持体２３をカラー２４で挟んでシェル８の内径にスキマ嵌とし、組込後シェル８に設けた長穴２５から挿入するくさび板２６により保持体２３の回転を止め、片方のクランクの回動方向に連動させてもう一方のクランクを逆回動させる。
【0020】
サドルから腰を浮かせて両ペダル１・２に体重を掛けた時の負荷による部品破損の恐れのある個所は傘歯車２０及び小傘歯車２１とその周辺である。よって図６の如く小傘歯車２１の数を多くしてこれを防ぐ。
【実施例2】
【0021】
図７～図１４は、片側のペダルを踏み込むともう一方が押し上がる手段としてこれをシェル外部に構成した一実施形態であり、実施例１に於ける傘歯車２０とその周辺構成を廃し、左右のクランクをベルトで繋いでサドルフレームに取り付けた滑車装置により左右のクランクを吊ることで目的の動きを得る。
【0022】
シェル３０の外径と同心円状にベルト３１を掛けるプーリ部３２を右クランク３３と左クランク３４に形成し、プーリ部３２の端にベルト３１を固着するベルト止め３５を配置して、両該クランク３３・３４をベルト３１で繋ぎ、このベルト３１をサドルフレーム３６に取り付けた滑車装置３７の滑車３８に掛ける。この実施形態におけるペダルの最下点はストッパーＺ３９で決まり、クランクの最大動作角はベルト３１の長さとストッパーＺ３９及び滑車装置３７の取り付け位置で決まる。
【実施例3】
【0023】
図１５及び図１６は実施例２における針状コロ方式一方向クラッチ１８の代替えの一実施形態であり、右クランクボス１２と左クランクボス１３の対向側にそれぞれ内輪４０・４１を形成し、スプロケット軸４２に該軸４２と回転がずれないように係着した外輪４３に複数個のＶ溝４４を形成し、該Ｖ溝４４に係合する凸片４５と両内輪４０・４１に係合する円弧片４６を有し中央に線バネ４７を入れるスリット４８を設けた転体４９を両内輪４０・４１と外輪４２間に配置して、両該ボス１２・１３の一方向の回転に対し内輪４０・４１と外輪４２の間にくさび作用が働く方向に組み込まれる。スペーサー５０は一列に２個置かれる転体４９の互いの干渉を防止するリング状の部品であり、転体４９を線バネ４７により組み付けた外輪４３を内輪４０・４１に挿入する際の、対角位置にある転体４９の円弧片４６が作る径を縮めて組み易くする為のものでもある。
【符号の説明】
【0024】
１ 右ペダル
２ 左ペダル
３ 右クランク
４ 左クランク
５ クランクスプロケット
６ 足ガード
７ フレーム
８ シェル
９ シェル押え
１０ ストッパー
１１ ストッパー受け
１２ 右クランクボス
１３ 左クランクボス
１４ 大径軸受
１５ 小径軸受
１６ スペーサー
１７ スプロケット軸
１８ 針状コロ方式一方向クラッチ
１９ 軸受
２０ 傘歯車
２１ 小傘歯車
２２ 支軸
２３ 保持体
２４ カラー
２５ 長穴
２６ くさび板
２７ ロックリング
２８ 防塵ゴム板
２９ チェーン
３０ シェル
３１ ベルト
３２ プーリ部
３３ 右クランク
３４ 左クランク
３５ ベルト止め
３６ サドルフレーム
３７ 滑車装置
３８ 滑車
３９ ストッパーＺ
４０ 内輪
４１ 内輪
４２ スプロケット軸
４３ 外輪
４４ Ｖ溝
４５ 凸片
４６ 円弧片
４７ 線バネ
４８ スリット
４９ 転体
５０ スペーサー
５１ キー溝
５２ キー
２ 左ペダル
３ 右クランク
４ 左クランク
５ クランクスプロケット
６ 足ガード
７ フレーム
８ シェル
９ シェル押え
１０ ストッパー
１１ ストッパー受け
１２ 右クランクボス
１３ 左クランクボス
１４ 大径軸受
１５ 小径軸受
１６ スペーサー
１７ スプロケット軸
１８ 針状コロ方式一方向クラッチ
１９ 軸受
２０ 傘歯車
２１ 小傘歯車
２２ 支軸
２３ 保持体
２４ カラー
２５ 長穴
２６ くさび板
２７ ロックリング
２８ 防塵ゴム板
２９ チェーン
３０ シェル
３１ ベルト
３２ プーリ部
３３ 右クランク
３４ 左クランク
３５ ベルト止め
３６ サドルフレーム
３７ 滑車装置
３８ 滑車
３９ ストッパーＺ
４０ 内輪
４１ 内輪
４２ スプロケット軸
４３ 外輪
４４ Ｖ溝
４５ 凸片
４６ 円弧片
４７ 線バネ
４８ スリット
４９ 転体
５０ スペーサー
５１ キー溝
５２ キー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】