JP6719044B2 - 自転車 - Google Patents

Description

この発明は、後輪を二輪として三輪又は四輪を有する自転車の改良に関する。

後輪を二輪とした三輪自転車や、さらに前輪を二輪とした四輪自転車は、高齢者や非健常者においても利用し易い自転車としてその普及が進んでいる。ただ、この種の自転車は二輪自転車よりも路面との接触箇所が多く、また、後輪側に荷物を積むケースが多いため、発進時や坂道を上るときに自転車の前進を補助（アシスト）できるようにすることが望まれるところである。こうした補助機構としては、電動アシスト自転車のように、モーターの駆動力により直接自転車の前進を補助するものがあるが、これはペダルの踏む力や回転数などをセンサーで検出し状況に応じて前記モーターにより自転車の前進を補助するものであるため、構造の簡素化には限界があり、したがって低廉に供給しがたいものであり、また、乗り方によっては自転車の急発進を生じさせてしまうものであった。

本願出願人は、先に、この種の自転車の走行の補助を、簡素な構造をもって適切に実現しうる機構として、特許文献１に示されるものを開示している。

特許第５１１９２１８号公報

この発明が解決しようとする主たる問題点は、この種の後輪を二輪として三輪又は四輪を有する自転車の走行の補助を、特許文献１に示されるものと異なる構造をもって、簡素且つ適切に実現しうる機構を提供する点にある。

前記課題を達成するために、この発明にあっては、自転車を以下の（１）〜（６）の構成を備えたものとした。
（１）後輪を二輪として三輪又は四輪を有する自転車であって、ペダルの踏み込み操作により後輪を駆動させる主走行機構と、走行補助機構とを備えており、
（２） 走行補助機構は、
モーター及びその電源と、
第一回転体と、
第一コイルスプリングと、
前記第一コイルスプリングよりもスプリング径を変えるために大きな力を要するように構成された第二コイルスプリングと、
第二回転体と、
モーターの駆動回路の一部をなすリミットスイッチとを備えており、
（３） 前記第一回転体はモーターの駆動により主走行機構を構成する主軸の正転方向と同じ方向のみに回転される構成となっており、
（４） 前記第一コイルスプリングと前記第二コイルスプリングとは互いの一端部側を接続させることで一つのコイルスプリング体を構成しており、
（５）前記コイルスプリング体のスプリング一端を前記第一回転体側に固定させると共に、スプリンング他端を前記第二回転体側に固定させており、
（６）前記第二回転体は、前記正転方向と同じ方向に回転するときは前記主軸と一体化し、前記正転方向と反対の方向に回転するときは前記主軸に対してフリーになるように前記主軸に備えられており、
（７）前記第一回転体の回転により平地を走行するときは前記第一コイルスプリングがスプリング径を変える弾性変形を蒙り、坂道を上るときはさらに前記第二コイルスプリングがスプリング径を変える弾性変形を蒙るようになっており、
（８）前記第一コイルスプリング及び前記第二コイルスプリングの弾性復帰力が自転車を前進させる向きの力として前記主軸に伝達されるようになっていると共に、
（９） 前記第二コイルスプリングのスプリング径が所定径に達した状態において前記リミットスイッチが開成されて前記モーターの駆動が停止されるようになっている。

モータにより弾性変形されるコイルスプリングを前記第二コイルスプリングの強さのもので統一してしまうと、平地では実質的にモーターの駆動力で自転車を走行させてしまう事態が生じ、また、自転車をスロースタートさせ難くなる。一方、モーターにより弾性変形されるコイルスプリングを前記第一コイルスプリングの強さのもので統一してしまうと、坂道でのアシスト力が不足する。また、前記リミットスイッチによって第二コイルスプリングが前記所定径に達した状態となったときにモーターの駆動を停止するようにしていないと第二コイルスプリングの破壊が生じるおそれがあると共に、坂道においては実質的にモーターの駆動力で自転車を走行させてしまう事態が生じる。前記構成によれば、前記第一コイルスプリングと第二コイルスプリングとリミットスイッチとを組み合わせることで、以上の不都合を生じさせない態様で人力による自転車の走行をアシストすることができる。

この発明にかかる自転車によれば、後輪を二輪として三輪又は四輪を有する自転車の走行の補助を、モーターにより弾性変形される第一コイルスプリング及び第二コイルスプリングの弾性復帰力により実現させることができ、構造的に簡素であり、また、必要なときに限り必要かつ十分な走行の補助を自転車の挙動を突飛なものにすることなくなすことができる。したがってまた、かかる機構を備えたこの種自転車を低廉に供給することができる。

図１、は自転車の全体構成を示した斜視図である。 図２は、自転車のフレームの後部側の平面構成図である。 図３は、図２の要部構成図である。 図４は、図２及び図３におけるコイルスプリング体の構成の一部変更例を示した要部構成図である。

以下、図１〜図４に基づいて、この発明の典型的な実施の形態について説明する。この実施の形態にかかる自転車は、後輪７を二輪として三輪を有する。すなわち、いわゆる三輪自転車である。図中符号１は前輪、符号２はハンドル、符号３はフレーム、符号４はシートである。シート４直下のフレーム３の中央部にはギヤクランク５及びペダル６が設けられている。フレーム３の後部は、前後枠構成体３ｂ、３ｃと左右枠構成体３ｄ、３ｅとからなる枠部３ａとなっている。この枠部３ａを挟んだ両側にそれぞれ後輪７が配されている。図中符号８で示されるのは、枠部３ａの上方に設けられた荷台である。

かかる自転車は、前記ペダル６の踏み込み操作により後輪７を駆動させる主走行機構と、走行補助機構とを備えている。

主走行機構は、前記ギヤクランク５の回転力を後輪７に伝達する機構である。図示の例では、かかる回転力は図２の左側に配される後輪７に主走行機構を介して伝達され、図２の右側に配される後輪７は単純に枠部３ａにハブ７ａを支持されている。枠部３ａの略中央には、前後枠構成体３ｂ、３ｃ間に支持部材３ｆが架設されている。この支持部材３ｆと左枠構成体３ｄとの間に主軸９が軸支されている。図示の例では、かかる主走行機構は、この主軸９の右端に設けられたスプロケット１０とギヤクランク５との間にチェーン１１を張設させると共に、前記枠部３ａの左外側においてこの主軸９の左端に設けられたスプロケット１２と左側の後輪７のハブ７ａと一体に備えられたスプロケット１３との間にチェーン１４を張設させることで、構成されている。主走行機構により主軸が正転方向（図３において符号ｆ１で示す向き）に回転されるとき、自転車が前進されるようになっている。

一方、走行補助機構は、図示の例では前記枠部３ａ内に納められて自転車の後部に備えられている。
かかる走行補助機構は、
（１）モーター１５及びその電源と、
（２）第一回転体１６と、
（３）第一コイルスプリング１７ａと、
（４）第二コイルスプリング１７ｂと、
（５）第二回転体１８と、
（６）モーター１５の駆動回路の一部をなすリミットスイッチ１９とを備えている。

かかるモーター１５の駆動回路の全体は図示していない。前記ハンドル２にはこの駆動回路の一部を構成するメインスイッチ２０が設けられている。図示の例では、メインスイッチ２０及びリミットスイッチ１９がいずれも閉成（ＯＮ）されていない限り、前記モーター１５は駆動されないようになっている。

図示の例では、かかるモーター１５は前記主軸９の後方において後枠構成体３ｃに支持されている。前記電源としては図示しない蓄電池を用いることが予定され、この蓄電池も枠部３ａに搭載される。

図示の例では、第一回転体１６は主軸９の右端側においてその外側に配され、回転中心を主軸９の中心と一致させるが、主軸９とは無関係に回転されるようになっている。また、この第一回転体１６はモーター１５の駆動により主走行機構を構成する主軸９の正転方向ｆ１と同じ方向のみに回転される構成となっている。図示の例では、モーター１５の出力軸に設けられた出力側スプロケット２１と第一回転体１６と一体になった入力側スプロケット２２との間に張設されたチェーン２３を介してモーター１５が駆動されると第一回転体１６が回転されるようになっている。図示の例では、かかる第一回転体１６の主体部はギヤ状になっており、図中符号２４で示されるラチェット爪がこの主体部にかみ合って第一回転体１６は前記正転方向ｆ１にのみ回転するようになっている。

一方、第二回転体１８は、枠部３ａの内方において、主軸９の左端側に備えられている。第二回転体１８は、前記正転方向ｆ１と同じ方向に回転するときは前記主軸９と一体化し、前記正転方向ｆ１と反対の方向に回転するときは前記主軸９に対してフリーになるように前記主軸９に備えられている。図示の例では、第二回転体１８はフリーホイールとなっており、その内輪１８ａ（中子）を主軸９に固着させている（図３）。すなわち、第二回転体１８を構成する内輪１８ａと外輪１８ｂとは、外輪１８ｂが前記正転方向ｆ１と同じ方向に回転するときにのみかみ合うようになっている。

前記第一コイルスプリング１７ａと前記第二コイルスプリング１７ｂとは互いの一端部側を接続させることで一つのコイルスプリング体１７（コイルスプリング組）を構成している。

図２及び図３に示される第一例では、第一コイルスプリング１７ａの一端部と第二コイルスプリング１７ｂの一端部とは共に、第一コイルスプリング１７ａと第二コイルスプリング１７ｂとの間に配された前記主軸９と無関係に回転されるように主軸９に備えられたリング体１７ｃに固着されている。第一例では、第一回転体１６とリング１７ｃとの間に第一コイルスプリング１７ａが配され、リング体１７ｃと第二回転体１８との間に第二コイルスプリング１７ｂが配されている。すなわち、第一例では、リング体１７ｃによって第一コイルスプリング１７ａの一端部と第二コイルスプリング１７ｂの一端部とを間接的に接続させて前記コイルスプリング体１７を形成させている。

そして、前記コイルスプリング体１７のスプリング一端１７’を前記第一回転体１６側に固定させると共に、スプリンング他端１７”を前記第二回転体１８側に固定させている。

第一例では、前記第一コイルスプリング１７ａの他端部を前記第一回転体１６側に固着させ、第二コイルスプリング１７ｂの他端部を第二回転体１８の外輪１８ｂに固着させている（図３）。主軸９はコイルスプリング体１７の内側に位置するようになっている。

また、前記第二コイルスプリング１７ｂは、前記第一コイルスプリング１７ａよりもスプリング径を変えるために大きな力を要するように構成されている。

そして、前記第一回転体１６の回転により、自転車が平地を走行するときは前記第一コイルスプリング１７ａがスプリング径を変える弾性変形を蒙り、自転車が坂道を上るときはさらに前記第二コイルスプリング１７ｂがスプリング径を変える弾性変形を蒙るようになっている。それと共に、前記第一コイルスプリング１７ａ及び前記第二コイルスプリング１７ｂの弾性復帰力が自転車を前進させる向きの力として前記主軸９に伝達されるようになっている。

前記主走行機構による主軸９の正転方向ｆ１への回転は、第一回転体１６とは無関係になされ、また、主走行機構によって主軸９が正転方向ｆ１へ回転されるとき第二回転体１８は相対的に逆転した状態となることから、第二回転体１８とも無関係になされる。

前記走行補助機構のモーター１５を駆動させると、第一回転体１６は前記正転方向ｆ１に回転され、第一コイルスプリング１７ａ及び第二コイルスプリング１７ｂを介して第二回転体１８も前記正転方向ｆ１の力の作用を蒙ることとなる。主軸９には後輪７を通じた負荷が作用され、この負荷は平地では小さく、坂道では大きくなる。

かかる負荷により、平地では、概ね第一コイルスプリング１７ａがその径を減じるように弾性変形をし、この弾性変形が一定量を超えると、第一コイルスプリング１７ａが弾性復帰力して第二回転体１８を介して主軸９に対して正転方向ｆ１の力を作用させる。これにより、平地での自転車の走行がアシストされる。

また、かかる負荷により、坂道では、さらに第二コイルスプリング１７ｂがその径を減じるように弾性変形をし、この弾性変形が一定量を超えると、第二コイルスプリング１７ｂが弾性復帰力して第二回転体１８を介して主軸９に対して正転方向ｆ１の力を作用させる。これにより、坂道での自転車の走行がアシストされる。典型的には、第二コイルスプリング１７ｂの弾性復帰力により、最大７度の勾配の坂道の上りを適切にアシストできるようにする。

第二コイルスプリング１７ｂを弾性変形させるために必要な力は第一コイルスプリング１７ａのそれより大きく、第二コイルスプリング１７ｂの弾性復帰力、つまり、第二コイルスプリング１７ｂが弾性復帰時に主軸９に作用させる正転方向ｆ１の力は第一コイルスプリング１７ａのそれよりも大きい。これにより、この実施の形態にあっては、モーター１５を制御することなく、平地では第一コイルスプリング１７ａにより平地走行にとって十分な比較的小さいアシスト力を作用させ、坂道では第二コイルスプリング１７ｂによりこれより大きいアシスト力を作用させることを可能としている。

また、この実施の形態にあっては、前記弾性変形により第二コイルスプリング１７ｂのスプリング径が所定径に達したいわば巻き終わり状態において前記リミットスイッチ１９が開成されて前記モーター１５の駆動が停止されるようになっている。

図示の例では、かかるリミットスイッチ１９は前記枠部３ａの内側において左枠構成体３ｄに支持されていると共に、第二コイルスプリング１７ｂの外周部に接する可動片１９ａを備えている。この可動片１９ａは第二コイルスプリング１７ｂの外周部の移動に追随して移動するようになっており、所定位置に可動片１９ａが移動するとリミットスイッチ１９が開成（ＯＦＦ）となるように構成されている。なお、かかるリミットスイッチ１９は、コイルスプリング１７のスプリング径が所定径に達した状態において開成される構成のものであれば良く、したがってその具体的な構造は図示のものに限定されない。

モーター１５により弾性変形されるコイルスプリングを前記第二コイルスプリング１７ｂの強さのもので統一してしまうと、平地では実質的にモーター１５の駆動力で自転車を走行させてしまう事態が生じ、また、自転車をスロースタートさせ難くなる。一方、モーター１５により弾性変形されるコイルスプリングを前記第一コイルスプリング１７ａの強さのもので統一してしまうと、坂道でのアシスト力が不足する。また、前記リミットスイッチ１９によって第二コイルスプリング１７ｂが前記所定径に達した状態となったときにモーター１５の駆動を停止するようにしていないと第二コイルスプリング１７ｂの破壊が生じるおそれがあると共に、坂道においては実質的にモーター１５の駆動力で自転車を走行させてしまう事態が生じる。この実施の形態では、前記第一コイルスプリング１７ａと第二コイルスプリング１７ｂとリミットスイッチ１９とを組み合わせることで、以上の不都合を生じさせない態様で人力による自転車の走行をアシストするようにしている。

なお、図示は省略するが、第一コイルスプリング１７ａと主軸９の間、第二コイルスプリング１７ｂと主軸９の間には、これらのスプリング径が一定以下となることを抑止するスリーブ体を介在させるようにすることが好ましい。

図４に示される第二例では、第二コイルスプリング１７ｂの内側に第一コイルスプリング１７ａを納め、この第一コイルスプリング１７ａの内側を主軸９が通過するようにしている。 第二例では、第一回転体１６とリング体１７ｃとの間に第二回転体１８が位置されるようになっている。前記第一コイルスプリング１７ａの他端部を第二コイルスプリング１７ｂ内において第一回転体１６側に配された前記第二回転体１８側に固着させ、第二コイルスプリング１７ｂの他端部を第一回転体１６に固着させている。

なお、当然のことながら、本発明は以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成し得るすべての実施形態を含むものである。

９ 主軸
１５ モーター
１６ 第一回転体
１７ａ 第一コイルスプリング
１７ｂ 第二コイルスプリング
１９ リミットスイッチ

Claims (1)

1. 後輪を二輪として三輪又は四輪を有する自転車であって、ペダルの踏み込み操作により後輪を駆動させる主走行機構と、走行補助機構とを備えており、
   走行補助機構は、
   モーター及びその電源と、
   第一回転体と、
   第一コイルスプリングと、
   前記第一コイルスプリングよりもスプリング径を変えるために大きな力を要するように構成された第二コイルスプリングと、
   第二回転体と、
   モーターの駆動回路の一部をなすリミットスイッチとを備えており、
   前記第一回転体はモーターの駆動により主走行機構を構成する主軸の正転方向と同じ方向のみに回転される構成となっており、
   前記第一コイルスプリングと前記第二コイルスプリングとは互いの一端部側を接続させることで一つのコイルスプリング体を構成しており、
   前記コイルスプリング体のスプリング一端を前記第一回転体側に固定させると共に、スプリンング他端を前記第二回転体側に固定させており、
   前記第二回転体は、前記正転方向と同じ方向に回転するときは前記主軸と一体化し、前記正転方向と反対の方向に回転するときは前記主軸に対してフリーになるように前記主軸に備えられており、
   前記第一回転体の回転により平地を走行するときは前記第一コイルスプリングがスプリング径を変える弾性変形を蒙り、坂道を上るときはさらに前記第二コイルスプリングがスプリング径を変える弾性変形を蒙るようになっており、
   前記第一コイルスプリング及び前記第二コイルスプリングの弾性復帰力が自転車を前進させる向きの力として前記主軸に伝達されるようになっていると共に、
   前記第二コイルスプリングのスプリング径が所定径に達した状態において前記リミットスイッチが開成されて前記モーターの駆動が停止されるようにしてなる、自転車。

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