JP2002002577A - 圧縮空気蓄積装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自転車の制動力でポンプを駆動し圧縮空気を
作製してタンクに蓄積し、必要時にタンク内の当該圧縮
空気を駆動力に変換する圧縮空気式運動蓄積装置のアク
チュエーター兼用ポンプ等を、後輪ハブ内収容構造と
し、運動蓄積装置の外観の簡素化、軽量化、自転車が組
み立て性を改善し、また駆動力の調整を可能とすると共
に、有効なポンプ稼働を図る。 【解決手段】 相互に回転可能に嵌合する有底円筒状の
固定ケーシングとフランジ付き円筒部を備えたハブと、
両者を車体に締着する芯棒を含み、固定ケーシングとハ
ブで形成された空間内に、ポンプ装置、クラッチ装置、
弁装置等と収容して、前記フランジを介して自転車のス
ポークに締結可能とし、ハブとクラッチ装置間にフリー
ホイールを介在した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、自転車等
の回転駆動体の制動時に、制動力を蓄積し必要時に再利
用する装置に関し、さらに詳しくは、回転駆動体の制動
力でポンプを駆動し圧縮空気を作製してタンクに蓄積
し、必要時にタンク内の当該圧縮空気を回転駆動体の駆
動力に変換する圧縮空気蓄積装置に関する。

【０００２】

【従来の技術とその解決課題】従来から、制動時の車輪
の回転エネルギーを無駄にすることなく駆動力の補助力
として有効に利用するパワーアシスト付き自転車は、ゼ
ンマイ式のものが知られている（特開平１０−４５０８
２号公報参照）。また、蓄圧式のものも、知られている
（特開平８−２３０７４８号公報参照）。

【０００３】従来の蓄圧式パワーアシストは、例えば図
５（ｂ）に示すように、作動流体により生ずる圧力を蓄
圧可能なアキュムレータ（Ｔ）と、アキュムレータから
の作動流体が供給側から排出側に流れる際に作動流体に
よる圧力で駆動され、この駆動力を車輪に補助駆動力と
して伝達する一方、車輪からの駆動力で駆動されて作動
流体を供給側から排圧側に流す圧力駆動モーター（Ｐ）
と、圧力モータの供給側をアキュムレータに接続させる
放圧位置と圧力駆動式モータの排圧側をアキュムレータ
に接続させる蓄圧位置とで切替可能な切替手段（Ｖ）
と、中立位置から制動方向への揺動で切替手段を蓄圧位
置に切替え、中立位置から制動方向に対し反対の方向へ
の揺動で切替手段を放圧位置へ切替える主動ブレーキレ
バー（Ｂ）とを備えている。

【０００４】しかし、従来のパワーアシストでは、図５
（ａ）に示すように、自転車の付属装置として、車体と
は別個に設けられるため、系外に付属装置設置のスペー
スを必要とし、このため自転車の外観を損なうので意匠
性を商品価値にもつこの分野では、問題を残していた。
また、その駆動力をチェーン又は車輪から得る構造とな
っているので、カバーを備える場合には、パワーアシス
トを適用するために、動力伝達機構を組み込むに当たっ
て別途の工夫を施こさなければならないので、実際の実
施に制約を受けるものであった。

【０００５】更に、パワーアシストを駆動力の補助力と
して利用するに際して、駆動力を加減制御できるもので
ないので、補助力の必要度合いによって調整することが
できなかった。このため、自転車の制動力を利用してエ
ネルギーを蓄積する装置の設置構造について、自転車の
フレームから外へのはみ出しをできるだけ少なくするよ
うにする意匠的効果を得ると共にペダル走行の運動妨害
を軽減する観点から、別途の設置スペースを出来るだけ
排除できるような組み立て構造が望まれていた。また、
実際の補助力の必要度合いによって補助力を調整可能と
することが要望されていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題に鑑みて案出されたものであって、第１には、相
互に相対回転可能に嵌合する固定ケーシング及びハブの
中央を挿通し、自転車の車体にその両端で締着される芯
棒と、芯棒の一端近傍に芯棒と共に車体に締結固定され
る有底円筒状の固定ケーシングと、スポーク固定用のフ
ランジ付き円筒部と芯棒に回転可能に軸受される中空軸
部とスプロケットを支承するボスを含み、固定ケーシン
グの有底円筒部に回転可能に支持されるハブと、固定ケ
ーシング内で中空軸部に装着されるクラッチ装置と、固
定ケーシング内に固定支持され、中空軸部を挿通して装
着されるポンプ装置と、クラッチ装置の歯車とポンプ装
置の歯車と両者に噛合する中間歯車とを含む歯車伝動装
置と、ポンプ装置及び弁装置、タンク等の付属装置と、
ハブの中空軸部とクラッチ装置の間に介在するフリーホ
イールとを含み、制動時のクラッチ係合操作によって、
ハブから歯車伝動装置を介して増速しながらポンプを駆
動し、圧縮空気をタンクへ弁装置を介して蓄圧すると共
に、弁装置の弁を開放する放圧時に、ポンプ装置をアク
チュエーターとして作動して、歯車変速機構、フリーホ
イールを介して車輪回転伝達可能とし、歯車伝動機構で
減速しながら車輪のハブに回転力を伝達することを特徴
とする圧力空気蓄積装置 （請求項１）を提供する。

【０００７】また、第２には、部品の配置関係を特定す
ることによって、自転車の車体にその両端が固定される
芯棒に、固定ケーシングを固定的に締着すると共に、ハ
ブをその中空軸部で軸受し、固定ケーシングとハブで形
成される空間内で中空軸部にクラッチ装置とポンプ装置
とを歯車伝動機構を介して操作可能に配置し、ポンプ装
置に付随する弁装置も前記空間内に収容して配置する圧
力空気蓄積装置（請求項２）を提供する、さらに、この
出願の発明は、第３には、伝動機構体の構造を具体化す
ることによって、クラッチ装置を、ハブ中空軸部の先端
に固定する主摩擦輪と、これに対向して配設の従摩擦輪
歯車と、主摩擦輪及び従摩擦輪歯車間に配設される中間
摩擦車とから構成し、フリ−ホイールを中空軸部とクラ
ッチ装置の従摩擦輪歯車の間に介在するようにしたり
（請求項３）、中間摩擦車を、一対の各梃子アームに常
時離間方向にバネ負荷して対向配置された円錐摩擦車と
し、一対の梃子アームを操作ロッドを介してキャリパー
ブレーキ操作と関連操作可能としたり（請求項４）、後
輪用キャリパーブレーキ等を別途設け、ブレーキレバー
からのケーブルを蛸足装置で２つのケーブルに分け、ブ
レーキレバー操作時、先にクラッチ装置が効くように長
さを調整する機構を備えたり（請求項５）、中間歯車
を、クラッチ装置の歯車とポンプ装置の歯車とに対向位
置でそれぞれ噛合する一対の大小２段歯車から構成した
り（請求項６）する圧力空気蓄積装置を提供する。

【０００８】さらにまた、この出願の発明は、第４に
は、流体機器の具体的構造や付加手段の種類によって、
アクチュエータ兼用ポンプーを、円弧状のベーンをもつ
ベーン型ポンプとし、円弧状のベーンを、一方の端部で
ローターにピン結合し、また常時ベーン開放方向に負勢
するものとし、他方の端部をシリンダーに押し付けるよ
うにしたり（請求項７）、逆止弁と供給弁を一つの弁装
置としてポンプハウジングに一体に設け、ハブ内のポン
プ及び弁装置と、ハブ外のタンクとを、一本のパイプ又
はホースにより接続可能としたり（請求項８）、ポンプ
ハウジングに一体に設ける一つの弁装置を解放操作可能
とした逆止弁としたり（請求項９）、タンクに、過剰圧
力を防止する安全弁、又は長期間の不使用時に蓄積空気
の流出を防止する元栓を一つ又は組み合わせて付設した
り（請求項１０）する圧縮空気蓄積装置をも提供する。

【０００９】中間摩擦車を介在させることによって、ポ
ンプ軸を車軸に対して逆回転させてポンプを稼働し蓄圧
すると共に、ポンプに圧縮空気を供給してポンプ軸を車
軸と同方向に回転させ、このポンプ軸の回転をフリーホ
イールのクラッチが受けて車軸を駆動するように構成さ
れていることに特徴を有している。

【００１０】この出願の発明によれば、自転車走行時に
は、クラッチ装置（Ｃ）及びフリーホイール（３６）の
伝達系はオフとして、走行の妨げとなることはなく、ま
た制動時にはクラッチ装置（Ｃ）を介して伝達系をオン
とし、後退時にはフリーホイール（３６）の伝達系をオ
ンとして、いずれの場合もポンプ稼働する構成となって
いるので、ポンプ稼働による圧縮空気の確保を確実に且
つ有効に実行することができる。

【００１１】以下、この出願の発明について、さらに詳
細に説明をする。

【００１２】

【発明の実施の形態】この出願の発明によれば、上記の
課題を解決するため、圧縮空気蓄積装置は、汎用リムと
スポーク又は汎用の一方向クラッチとギアの組み合わせ
を含んで後輪を構成し、車輪のボスに一方向クラッチを
介してラチェットを取り付けチェ−ン駆動可能とされ、
車輪の中空軸部にクラッチ装置とポンプ装置が配設さ
れ、クラッチ装置は、車輪の中空軸部先端に固定する主
摩擦輪と、中空軸部の外周に主摩擦輪に対向する位置で
フリーホイールを介して配設される従摩擦輪歯車および
中間摩擦車とから構成され、配設するポンプ装置は好ま
しくはベーンポンプであり、ポンプにより得られた圧縮
空気を蓄積するタンクが設けられる。

【００１３】制動時、ブレーキレバーを操作して、主摩
擦輪と従摩擦輪歯車との間に、一対の枢着梃子アームに
回転自在に支承される中間摩擦車を、常時開放方向に負
勢される負荷バネに抗して梃子アームを作動して引き寄
せ、対向する摩擦面に拡開方向に押し付けると、主摩擦
輪と従摩擦輪歯車とがクラッチ係合し、これによって、
従摩擦輪歯車、中間歯車及び中空ポンプ軸端の歯車によ
る歯車伝達機構を介してローターを回転し、ポンプとし
て作動するとともに弁装置を通じてタンクに蓄圧するこ
とができる。

【００１４】また、補助動力を必要とする場合には、弁
装置の弁を開放し、タンクに蓄圧された圧縮空気をポン
プのベーンに投入することにより、中空ポンプ軸、中間
歯車、従摩擦輪歯車からなる歯車伝達機構およびフリー
ホイールを介して車輪ボスの中空軸部へと回転を伝達
し、自転車の前進方向と同方向にハブを回転する。した
がって、蓄圧によってベーンポンプをアクチュエーター
として作動し、車輪の駆動を補助することのできる圧縮
空気式自転車運動蓄積装置が提供される。

【００１５】本発明は、また、自転車の車体に固定され
る芯棒に、それぞれ固定ないし軸受して締着された固定
ケーシングとハブの空間内に、クラッチ装置、ポンプ装
置、歯車変速機構、弁装置等を収容して配置し、ハブの
フランジを車輪のスポークに固着することによって組み
込むことができるので、圧縮空気蓄積装置を、自転車の
フレームからできるだけ外にはみ出さないような組立を
可能とし、従来のような設置スペースの増大を制限で
き、意匠的効果を備えることができると共に、実際の補
助力の必要度合いによって補助力を調整可能とすること
もできる。

【００１６】車輪と一緒に回転する中空軸部と、これに
取り着けられる従摩擦輪歯車の間にフリーホイールが仲
介されるが、その作用については、通常走行時、フリー
ホイールは車輪の回転に対してオフとなっており、した
がって、車輪の正回転をポンプに伝達することはないの
で、抵抗なく走行でき、また自転車をバックするとき
は、ポンプを逆転して蓄圧できるような動力伝達系を構
成している。

【００１７】後輪のハブに駆動アクチュエーター兼用ポ
ンプを内蔵する運動蓄圧装置は、専用にハブと一体化し
たものでも良いが、汎用品、例えば、汎用リムとスポー
クを組み合わせ、又は、汎用のフリーホイールとギアを
組み合わせて車輪を構成することもできる。この場合に
は、低コストで様々なギアシステムや車輪に展開でき
る。

【００１８】クラッチ機構について、車輪と一緒になっ
て回転する主摩擦輪と、中空軸部にフリーホイールを介
在して取り付けられた従摩擦輪歯車と、主摩擦輪と従摩
擦輪歯車の間の対向傾斜面間に配設される一対の円錐状
中間摩擦車とから構成され、一対の中間摩擦車は、支点
で枢着された梃子アームに取り付けられ、梃子アームは
操作ロッドに操作可能に接続される。これによって、効
率がよく、且つバランスの良いクラッチ伝達機構を得る
ことができる。クラッチは、通常走行時は負荷バネに負
勢されてオフの状態であり、また、制動時にはポンプの
蓄圧抵抗を得るためにオン状態に操作される。勿論、制
動力不足の場合には、キャリパーブレーキ等の制動手段
（以下「キャリパーブレーキ等」という）で補うことに
なるが、個別作動とすることができるし、ブレーキ操作
によるクラッチ装置オン動作に続いてキャリパーブレー
キ等が掛かるようにすることもできる。

【００１９】従摩擦輪歯車は、その外周に歯が形成さ
れ、従摩擦輪歯車の歯は、中間歯車の小径部歯車と噛合
する。一方、中間歯車の大径部歯車は、中空ポンプ軸端
に形成した歯車と噛合するので、従摩擦輪歯車と、中空
ポンプ軸端の歯車との間に中間歯車を介した変速歯車列
が形成される。操作に当たって、操作ロッドによって梃
子アームを操作すると、通常は負荷バネで離間している
一対の円錐状中間摩擦車が梃子を利用して引き寄せら
れ、したがって、主摩擦輪および従摩擦輪歯車の対向面
に押し付けることになってクラッチが働くので、主摩擦
輪の回転は、従摩擦輪歯車に逆回転として伝達され、車
輪から主摩擦輪、中間摩擦車、従摩擦輪歯車、さらにこ
の場合増速作用をする中間歯車を経て、歯車付き中空ポ
ンプ軸が回転され、結局、クラッチオン時の主摩擦輪と
従摩擦輪歯車の回転力伝達により、一対の中間歯車で増
速、加速しながらローターを回転し、ポンプを駆動す
る。

【００２０】なお、蓄圧時に逆転させる方法は、本発明
では中間摩擦車を介在するクラッチ装置の例が示される
が、これに限定されず、遊星歯車機構やその他の逆転機
構を採用することも可能である。

【００２１】小径部歯車と大径部歯車を有する中間歯車
は、それぞれ従摩擦輪歯車と中空ポンプ軸端の歯車に噛
合しており、通常走行中に、制動してクラッチを掛けた
とき増速作用をし、また、補助力を必要としてタンクか
ら放圧する場合には、ポンプをアクチュエーターとして
作動し、フリーホイールを通じて車輪に駆動力を与える
ことになるが、その際は減速作用をする。このアクチュ
エータ兼用ポンプをアクチュウエータとして作動する場
合において、投入圧縮空気が十分膨張するまでのトルク
を発生する方式の、例えば、ベーン型ポンプを採用する
ことにより、効率のよい駆動アクチュエーターとして兼
用することができる。小室時に投入した室容積の圧縮空
気が、室容積が拡大するまで圧力差で、ピストン等を押
すことによりトルクを得ることができる。

【００２２】使用できるポンプ形式としては、ベーン
形、スクロール形、ネジ形が効率よいので好ましいが、
スクロール形ポンプの場合は車軸と吐き出し口の干渉が
あり、ネジ形ポンプの場合は車軸幅不足で配置が困難で
あるという問題が残るので、車軸部分に配置するタイプ
としては、ベーン形が望ましい。しかし、ポンプは、こ
れに限定されるものではない。ただし、往復形や、ロー
リングピストン形では、弁を制御することにより可能で
あるが、ポンプ時との切替などで複雑な機構になること
に留意する必要がある。

【００２３】ベーン構造について、その特徴として円弧
状のベーンとしているが、これは従来のベーン形の欠点
であった強度不足を補完するためである。また、円弧状
のベーンは、一方の端部がローターにピン結合されると
共に開き方向にバネ付勢されるので、他方の端部は開放
する方向に押し出され、シリンダー内面を押し付けるよ
うに組み立てられる。これによって、シ−ルが効果的に
確保される。

【００２４】アクチュエータ兼用のポンプは、ベーン開
放となる圧力を受ける方向（図３矢印αの回転方向）に
ローターを回転したとき、圧縮空気を蓄圧するポンプ作
用をする。また、逆に、蓄圧された圧縮空気をベーンと
シリンダーとローターに囲まれた空間に供給することに
より、車輪を駆動するアクチュエーターとして作用し、
今度は、ポンプ時の回転とは逆方向に回転し、車輪を駆
動する。

【００２５】制動操作において、主たる後輪ブレーキ即
ちキャリパーブレーキ等を別途に設けてあるので、ブレ
ーキレバーからのケーブルを蛸足装置で２つのケーブル
に分け、先に制動運動蓄積装置の中間摩擦車を押し付け
るクラッチが効くように長さを調整してある。

【００２６】蓄圧タンクについて、ポンプにより得られ
た圧縮空気はタンクに蓄圧されるが、後輪のハブに設置
のポンプからパイプ又はホースにより接続されている。
タンクは軽量化のため好ましくはアルミ、ＦＲＰ等の材
料が選択される。容量は航続距離により決められ、大型
化すれば航続距離を伸ばせるし、また予備タンクを設け
ることによって、非常時の支援ができるようにすること
も可能である。また、自転車本体のフレームがパイプ材
から構成されているので、パイプ状のフレーム内の空間
を利用してここに圧縮空気を蓄圧することもできる。し
たがって、この出願の発明で意味するタンクは、自転車
本体とは別設のタンクは勿論、自転車本体のパイプ状の
フレームを利用する蓄圧容器となる手段をも包含するも
のとする。

【００２７】使用する弁について、ポンプの吐出側に設
ける逆流防止弁とタンクからポンプ圧縮空気を供給する
ための圧縮空気供給弁を一体の弁装置としてポンプ側に
取り付けることにより、タンクとの接続を一本化するこ
とができ、したがって配管を簡素化することができる。
なお、逆流防止弁と圧縮空気供給弁を分離して設けるこ
ともできる。

【００２８】圧縮空気供給弁は、図示省略の操作レバー
で供給量を加減できる機構とし、弁を絞れば小駆動力が
得られ、又開放すれば大駆動力が得られるようにするこ
とが効果的である。

【００２９】補助動力を必要とする場合、タンクに蓄圧
された圧縮空気をポンプのベーンに投入する方法とし
て、上記例では逆止弁と並列回路をなして配設された供
給弁の解放による方法を挙げたが、別の方法として、閉
じている逆止弁を操作棹等により強制的に解放操作可能
な構造となして圧縮空気をポンプに投入することもでき
る。この場合は供給弁が省略される。

【００３０】また、タンク側に元栓を設け、長期間不使
用時はこの元栓を閉栓して、タンクからの蓄積空気の流
出防止を防止することができる。

【００３１】固定ケーシングは、後輪のスプロケットを
取り付けるボス側と反対の側に位置して車体に一体に固
定して取り付けられる。固定ケーシングとハブを相互に
回転可能に嵌合し、嵌合する両部材の中央に挿通する芯
棒に締結具、例えばボルト・ナットで車体に締着して取
り付けたとき、ボスを含むハブの中空車軸の両端部にお
いて軸受され、回転自在に支持される。また、固定ケー
シングには、タンク（図示省略）への連通管を内部から
続いて外方に突出して配設され、更に、固定ケーシング
内には、中間摩擦車等のクラッチ装置の操作機構を配設
してあるので、ケーシング内での収容において、コンパ
クトな実装が実現できる。以下、図面を用いて、この出
願の発明を詳細に説明をする。

【００３２】

【実施例】固定ケーシング（１）とハブ（２）は、図１
（ｂ）に示すように、円筒状の部分即ち、円筒部（１
Ａ）、円筒部（６）を相互に嵌合した状態で、両者の中
央部をに挿通する芯棒（３）の端部に車体のフォークエ
ンド（Ｆ）を挟んでボルト・ナットにより締着して車体
（Ｆ）に取り付けられる。

【００３３】ハブ（３）は、図１（ｂ）に示すように、
側方開放の円筒部（６）と中空車軸（７）とボス（７
Ａ）を備える。円筒部（６）の外周には、自転車後輪の
スポーク（４）に接続するためのフランジ（５）が形成
され、また、円筒部（６）は固定ケーシング（１）の外
周に回転自在に軸受支持される。また中空軸部（７）
は、その一方の端部が固定ケーシング（１）に軸受支持
されると共に、他方の端部が車体の（Ｆ）に固定された
芯棒（３）に軸受けされ、回転自在に支持される。

【００３４】固定ケーシング（１）とハブ（２）により
形成の空間内には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、
中空車軸（７）の外周に、アクチュエータ兼用ポンプと
して機能するベーン型ポンプ（Ｐ／Ａ）、クラッチ装置
（Ｃ）及び歯車伝動機構が相互に関連動作可能に組み込
まれる。また、弁装置（Ｖ）もベーン型ポンプ（Ｐ／
Ａ）に隣接して組み込まれる。

【００３５】動力伝達機構として、図１（ｂ）に示すよ
うに、中空車軸（７）の一端に主摩擦輪（８）が固定し
て取り付けられ、その対向位置に従摩擦輪歯車（９）が
中空車軸（７）の外周定位置にフリーホイール（３６）
を介して取り付けられる。フリーホイール（３６）は、
放圧動作時にのみラチェット係合し、従摩擦輪歯車
（９）から中空車軸（７）への回転力を伝達する機能を
もつ。主摩擦輪（８）と従摩擦輪歯車（９）と中間摩擦
車（１１）とでクラッチ装置（Ｃ）を構成し、主摩擦輪
（８）の傾斜面と従摩擦輪歯車（９）傾斜面の間に円錐
形の中間摩擦車（１１）が介装され、この中間摩擦車
（１１）は、常時バネ（１０）で中空軸部（７）から離
間する方向に負荷される。

【００３６】一方、ポンプ装置（Ｐ）の一例として図１
（ａ）に示すベーン型ポンプ（Ｐ／Ａ）は、ポンプケー
シング（１２）とローター（１３）からなり、ポンプケ
ーシング（１２）は、固定ケーシング（１）内に適宜数
のスペーサ（１４、・・・）で支持固定され、ポンプの
吸入口（２４）に隣接してシ−ル液漏れ防止ケース１４
Ａが配置される。シ−ル液漏れ防止ケース１４Ａは、図
３に示すように、導入口（２６）を備え、またスペーサ
の機能を兼ね備えている。ローター（１３）と一体の中
空ポンプ軸（１５）は、中空軸部（７）と同軸状の入り
子式に組み立てられ、中空ポンプ軸（１５）の一端には
歯車（１６）が形成される。

【００３７】中空ポンプ軸（１５）端部の歯車（１６）
と従摩擦輪歯車（９）の歯は、図１（ａ）、図２に示す
ように、対向位置に配設された一対の中間歯車（１７、
１７）が噛合している。従摩擦輪歯車（９）、歯車（１
６）は、中間歯車（１７、１７）と噛合して歯車伝動機
構を構成し、従摩擦輪歯車（９）、歯車（１６）は、中
間歯車（１７、１７）を介して両側から回転が伝達され
るので、安定した伝動が実施される。

【００３８】クラッチ手段（Ｃ）は、前述のように主摩
擦輪（８）、従摩擦輪歯車（９）および中間摩擦車（１
１）からなり、中間摩擦車（１１）は、図１（ａ）に示
すように、バネ負荷される円錐形の中間摩擦車（１１）
として、支点（１８）で枢支された一対の梃子アーム
（１９）に対向面に突設するピン（２０）に回転自在に
支持して取り付けられる。梃子アーム（１９）の他方の
端部は、操作ロッド（２１）が操作可能に接続され、さ
らに、ブレーキ操作レバー（図示省略）に接続されてい
る。したがって、ブレーキ操作レバーを締めつけ又は開
放によって、支点（１８）に軸支した梃子アーム（１
９）の負荷バネ（１０）に抗した引き寄せ、又は負荷バ
ネ（１０）による梃子アーム（１９）の釈放が行われ、
これに伴って中間摩擦車（１１）を介した摩擦円板
（８）と主輪歯車（９）間のクラッチ係合、釈放が行わ
れる。

【００３９】制動時において、クラッチ係合させると、
車輪のハブ（２）は、中空軸部（７）、主摩擦輪（８）
は一体に回転し、したがって、中間摩擦車（１１）を介
したクラッチ係合により、従摩擦輪歯車（９）に逆回転
が伝達され、さらに中間歯車（１７）を介して中空ポン
プ軸（１５）軸端の歯車（１６）に伝達され、ローター
（１３）を回転する。この時ローター（１３）の回転速
度は、中間歯車（１７）の歯車比により増減速される。

【００４０】ベーン型ポンプ（Ｐ／Ａ）において、ロー
ター（１３）は、図３に示すように、ポンプケーシング
（１２）内にその偏心位置で取り付けられ、また、複数
のベーン（２２）の各々は、ローター（１３）の外周に
ピン（２３）により枢着される。ベーン（２２）は図示
していないが、常時ベーン（２２）の先端をポンプケー
シング（１２）の内面に当接するようにバネ負荷する工
夫がある。

【００４１】ポンプケーシング（１２）には吸入口（２
４）及び吐出口（２５）が形成され、吸入口（２４）
は、この位置に配置されるシ−ル液漏れ防止ケース（１
４Ａ）に形成された導入口（２６）と連通し、導入口
（２６）は外部と通じている。

【００４２】アクチュエータ兼ポンプはその稼働時にお
いて、回転するベーン（２２）が、ポンプケーシング
（１２）の底部を通過するときに、その底部に充填され
たシ−ル液（Ｌ）に一時的に浸漬されるので、ポンプケ
ーシング（１２）、ベーン（２２）およびローター（１
３）のシ−ル性を維持すると共に潤滑を図ることができ
る。

【００４３】ポンプケーシング（１２）は、吐出口（２
５）と供給口（３２）を備え、弁ハウジング（Ｖ）が一
体に形成される例を示している。弁ハウジング（Ｖ）に
は、連通室（２７）が形成され、吐出口（２５）の連通
室（２７）側に逆止弁（２８）が配設される。制動時に
ポンプを稼働して得られた圧縮空気は逆止弁（２８）を
通じてタンクに送られる。また、連通室（２７）から供
給口（３２）まで通路に、通路（３０）を介して供給弁
（２９）が配設される。供給弁（２９）が開弁された時
には、タンク（Ｔ）から連通室（２７）を通り通路（３
０）、供給弁（２９）、供給口（３２）を通じて、ベー
ン型ポンプ（Ｐ／Ａ）に圧縮空気が供給される。

【００４４】ハブ（２）を構成する中空車軸（７）の端
部には、図１（ｂ）に示すように、一方向クラッチ（３
３）を介してチェーンと噛合するスプロケット（３４）
が装着される。また、ハブ（２）と一体で大径の円筒部
（６）には、その外周両側端部近傍にフランジ（５）が
形成されている。このフランジ（５）を利用して、汎用
の車輪のスポーク（４）を締結すれば、本発明の圧縮空
気式自転車運動蓄積装置を容易に組み込むことができ、
後輪のハブ部分にコンパクトに装着することができる。

【００４５】

【作用】この出願の発明によれば、図１及び図４に示す
ように、通常の自転車走行時には、クラッチ装置（Ｃ）
は非係合位置にあって、また、フリーホイール（３６）
も非係合状態であって、伝達系はオフとなっているの
で、ポンプは稼働されることはなく、したがってペダル
走行時に負荷を受けることはないので、ペダルを踏んで
走行している間、チェーン、スプロケット（３４）、一
方向クラッチ（３３）、ハブ（２）及びスポーク（４）
を介して後輪に回転が伝達され、自転車は走行駆動され
る。

【００４６】走行中にぺダル走行を停止すると、その状
態で車輪の回転は、一方向クラッチ（３３）によりチェ
ーンの回転停止と無関係となっているので、継続され
る。この状態で、ブレーキレバー（図示省略）を操作し
てブレーキを掛けると、ブレーキレバーの初期操作に連
動して、梃子アーム（１９、１９）が操作され、梃子ア
ーム（１９、１９）は引き寄せられるので、主摩擦輪
（８）、従摩擦輪歯車（９）間に中間摩擦車（１１、１
１）が押し込まれ、クラッチ装置（Ｃ）が働き、従摩擦
輪歯車（９）から中間歯車（１７）を介して、中空ポン
軸（１５）端部の歯車（１６）へと回転が伝達される。
その際、中間歯車（１７）により増速され、歯車（１
６）を介してローター（１３）を回転し、ポンプ作用が
行われる。

【００４７】ローター（１３）の回転により、ベーン
（２２）は、導入口（２６）から吸入口（２４）を経て
吸入される空気を、加圧しながら吐出口（２５）へと送
り出し、さらに吐出口（２５）から逆止弁（２８）を開
いて連通室（２７）、連通口（３１）を経てタンク
（Ｔ）へと加圧空気を蓄積する。

【００４８】このポンプ（Ｐ／Ａ）による加圧空気の蓄
積作動中、ポンプ（Ｐ／Ａ）自体は自転車走行に対する
制動の機能を部分的に果している。勿論、自転車の制動
で、制動不足のときには、本発明のポンプによる加圧空
気の蓄積に伴う制動に加えて、キャリパーブレーキによ
って補足される。

【００４９】自転車の始動時、又は登坂時等において補
助力を必要とするときには、タンクに蓄圧されていると
きに、供給弁（２９）を操作して開弁し、ポンプ（Ｐ／
Ａ）への供給口（３２）を開くと、タンク（Ｔ）からの
蓄圧空気はポンプ（Ｐ／Ａ）のベーン（２２）に作用し
て、ベーン（２２）を押し出す方向に作用するので、ロ
ーター（１３）が回転し、ローター（１３）の回転は、
中空ポンプ軸（１５）の軸端歯車（１６）、中間歯車
（１７）、従摩擦輪歯車（９）、フリーホイール（３
６）を介して、中空車軸（７）、ハブ（２）、スポーク
（４）を介して車輪に伝達され、補助動力として作用す
る。この場合、車輪と同方向の回転力を発生させて車輪
を駆動することになる。また、中間歯車（１１）のギア
による減速比で減速して伝達され、これにより車輪に高
トルクが与えられる。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の圧縮空気
式自転車運動蓄積装置によれば、次のような効果が挙げ
られる。

【００５１】 自転車走行時には、クラッチ装置
（Ｃ）及びフリーホイール（３６）の伝達系はオフとし
て、走行の妨げとなることはなく、また制動時にはクラ
ッチ装置（Ｃ）を介して伝達系をオンとし、後退時には
フリーホイール（３６）の伝達系をオンとして、いずれ
の場合もポンプ稼働する構成となっているので、ポンプ
稼働による圧縮空気の確保を確実に且つ有効に実行する
ことができる。

【００５２】 アクチュエーター兼用ポンプが、後輪
ハブ内に納まる構造としたので、外観の簡素化と軽量化
を図ることができ、後輪だけの対応で運動蓄積式自転車
が組み立てられる。

【００５３】 アクチュエーター兼用ポンプを後輪ハ
ブ内に納める場合、多段ギアーなどの汎用のギアシステ
ム、又は汎用リムやタイヤスポークを利用した組み立て
が、できる。

【００５４】 変速又は切替ギア、チェン等高価な機
構を別途必要とすることがなく、余分な費用を掛けずに
済ますことができる。

【００５５】 空気蓄圧であり、航続距離を決めるタ
ンクの大きさを考慮しても、重量増加の心配なゼンマイ
式バネ等に比して軽量化できる。

【００５６】 タンクとの接続はパイプ一本で済ます
ことができるので、タンクの配置、形状を自由に設計で
きる。

【００５７】 駆動力を供給弁の加減で制御できるの
で、蓄積エネルギーを効率よく使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧縮空気式自転車運動蓄積装置の断面図であ
り、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図
を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＹ−Ｙ線に沿って車輪と
の関連配置を含めて示す縦断面である。

【図２】図１（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

【図３】図１（ｂ）のＢ−Ｂ線にに沿った断面図であ
る。

【図４】本発明の圧縮空気式自転車運動蓄積装置に係る
油圧回路を示す図である。

【図５】従来のパワーアシスト付自転車の概要図であ
り、（ａ）は全体構成を、（ｂ）は油圧回路図をそれぞ
れ示す。

【符号の説明】

１ 固定ケーシング １Ａ 円筒部 ２ ハブ ３ 芯棒 ４ スポーク ５ フランジ ６ 円筒部 ７ 中空軸部 ７Ａ ボス ８ 主摩擦輪 ９ 従摩擦輪歯車 １０ 負荷バネ １１ 中間摩擦車 １２ ポンプケーシング １３ ローター １４ スペーサ １４Ａ シ−ル液漏れ防止ケース １５ 中空ポンプ軸 １６ 歯車 １７ 中間歯車 １８ 支点 １９ 梃子アーム ２０ ピン ２１ 操作ロッド ２２ ベーン ２３ ピン ２４ 吸入口 ２５ 吐出口 ２６ 導入口 ２７ 連通室 ２８ 逆止弁 ２９ 供給弁 ３０ 通路 ３１ 連通口 ３２ 供給口 ３３ 一方向クラッチ ３４ スプロケット ３５ フランジ ３６ フリーホイール Ｐ／Ａ アクチュエータ兼用ポンプ Ｃ クラッチ装置 Ｖ 弁装置 Ｔ タンク Ｌ シ−ル液

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｃ 23/02 Ｆ０４Ｃ 23/02 Ａ Ｆ１５Ｂ 11/00 Ｆ１６Ｄ 21/00 11/06 41/06 Ｆ Ｆ１６Ｄ 21/00 Ｆ１５Ｂ 11/00 Ｐ 41/06 11/06 Ａ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互に相対回転可能に嵌合する固定ケー
   シング及びハブの中央を挿通し、自転車の車体にその両
   端で締着される芯棒と、芯棒の一端近傍に芯棒と共に車
   体に締結固定される有底円筒状の固定ケーシングと、ス
   ポーク固定用のフランジ付き円筒部と芯棒に回転可能に
   軸受される中空軸部とスプロケットを支承するボスを含
   み、固定ケーシングの有底円筒部に回転可能に支持され
   るハブと、固定ケーシング内で中空軸部に装着されるク
   ラッチ装置と、固定ケーシング内に固定支持され、中空
   軸部を挿通して装着されるポンプ装置と、クラッチ装置
   の歯車とポンプ装置の歯車と両者に噛合する中間歯車と
   を含む歯車伝動装置と、ポンプ装置及び弁装置、タンク
   等の付属装置と、ハブの中空軸部とクラッチ装置の間に
   介在するフリーホイールとを含み、制動時のクラッチ係
   合操作によって、ハブから歯車伝動装置を介して増速し
   ながらポンプを駆動し、圧縮空気をタンクへ弁装置を介
   して蓄圧すると共に、弁装置の弁を開放する放圧時に、
   ポンプ装置をアクチュエーターとして作動して、歯車変
   速機構、フリーホイールを介して車輪回転伝達可能と
   し、歯車伝動機構で減速しながら車輪のハブに回転力を
   伝達することを特徴とする圧力空気蓄積装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、自転車の車体にその
   両端が固定される芯棒に、固定ケーシングを固定的に締
   着すると共に、ハブをその中空軸部で軸受し、固定ケー
   シングとハブで形成される空間内で中空軸部にクラッチ
   装置とポンプ装置とを歯車伝動機構を介して操作可能に
   配置し、ポンプ装置に付随する弁装置も前記空間内に収
   容して配置することを特徴とする圧力空気蓄積装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、クラッチ装置
   を、ハブ中空軸部の先端に固定する主摩擦輪と、これに
   対向して配設の従摩擦輪歯車と、主摩擦輪及び従摩擦輪
   歯車間に配設される中間摩擦車とから構成し、中空軸部
   とクラッチ装置の従摩擦輪歯車の間にフリ−ホイールを
   介在することを特徴とする圧力空気蓄積装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、主摩擦輪及び従摩擦
   輪歯車間に配設される中間摩擦車を、一対の各梃子アー
   ムに常時離間方向にバネ負荷され相互に対向配置された
   一対の円錐摩擦車とし、一対の梃子アームを操作ロッド
   を介して制動操作と関連して操作可能としたことを特徴
   とする圧力空気蓄積装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、後輪用キャリパーブ
   レーキ等を別途設け、ブレーキレバーからのケーブルを
   蛸足装置で２つのケーブルに分け、ブレーキレバー操作
   時、先にクラッチ装置が効くように長さを調整する機構
   を備えたことを特徴とする圧縮空気蓄積装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   歯車変速機構における中間歯車を、クラッチ装置の歯車
   とポンプ装置の歯車とにその対向位置でそれぞれ噛合す
   る一対の大小２段歯車から構成したことを特徴とする圧
   力空気蓄積装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   アクチュエータ兼用ポンプーを、円弧状のベーンをもつ
   ベーン型ポンプとし、円弧状のベーンを、一方の端部で
   ローターにピン結合すると共に、常時ベーン開放方向に
   負勢するものとし、他方の端部をシリンダーに押し付け
   てなる圧縮空気蓄積装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
   逆止弁と供給弁を一つの弁装置としてポンプハウジング
   に一体に設け、ハブ内のポンプ及び弁装置と、ハブ外の
   タンクとを、一本のパイプ又はホースにより接続可能と
   したことを特徴とする圧縮空気蓄積装置。
9. 【請求項９】 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
   解放操作可能とした逆止弁を一つの弁装置としてポンプ
   ハウジングに一体に設け、ハブ内のポンプ及び弁装置
   と、ハブ外のタンクとを、一本のパイプ又はホースによ
   り接続可能としたことを特徴とする圧縮空気蓄積装置。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれかにおい
    て、タンクに、過剰圧力を防止する安全弁、又は長期間
    の不使用時に蓄積空気の流出を防止する元栓を一つ又は
    組み合わせて付設することを特徴とする圧縮空気蓄積装
    置。