JP2010100269A - 倍力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力部の動きが現在使われている範囲内の回転軌跡に収まり、大きい駆動力が得られる装置を開示する。
【解決手段】フレームに固定された太陽スプロケット２と、出力軸１に一端で固着し他端に太陽スプロケット２→チェーン１３ａ→中間スプロケット１０ａ→中間ギヤ１１ａ→中間ギヤ１１ｂ→中間スプロケット１０ｂ→チェーン１３ｂを介して係合する遊星スプロケット４を回転自在に支持する回転アーム３とを有し、遊星スプロケット４と一体回転する遊星軸５には、他端に入力アーム６が固着し、その入力アーム６の先端には入力軸７が固着している倍力装置で、入力アームに加えられた力は、加えた方向により大きな力となり回転アーム３から出力軸に出力される。又回転アーム３が１回転する間に入力アーム６は２回転する速比により倍力されて出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、小さな力をより大きな力に変換する装置に関するものであり、特に、自転車や車椅子などのように、人力を駆動力源とする装置に適した倍力装置に関するものである

例えば、自転車の駆動機構の場合は、一端にペダルを持つアームの他端に、駆動軸を一体回転可能に取り付け、ペダルを踏むことにより、駆動軸に同心状に設けたスプロケットを回転駆動し、チェーンを介して、後輪を駆動するように構成されている。

このような機構においては、ペダルに加えられた力は、ペダルアームの長さとスプロケットの半径により倍力されるのみで、ペダルアームの長さを長くするにも、限度があり、必ずしも満足すべきものでない。特に車椅子などのように、手によって駆動力を加える場合は、力の入れやすい範囲は限られており、又、使用する人の身体的条件によって、必要とする駆動力の大きさ、駆動部の移動域、駆動方向などに制約を受けやすい。

本発明の第一目的は、入力部の動きが現在使われている範囲内の回転軌跡に収まり、大きな駆動力となって出力する倍力装置を開示することにある。

本発明の第２の目的は、手や足による力が加えやすく、しかも、それによって大きな力が発生する倍力装置を開示することにある。

本発明の第３の目的は、身体的条件が十分でない人でも、駆動操作が容易で、長時間駆動しても疲労が少ない人力駆動装置を開示することにある

本発明の第一の要旨は、フレームに固定された円周状をなす動力伝達部を備えた太陽伝動部材（２）と該太陽伝動部材（２）を回転自在に且つ同心状に貫通する出力軸（１）と該出力軸（１）に一端で固着し他端に前記太陽伝動部材（２）と動力伝達部材（１０ａｂ・１１ａｂ・１３ａｂ）を介して係合する遊星伝動部材（４）を回転自在に支持する回転アーム（３）とを有し、前記遊星伝動部材（４）と一体回転する遊星軸（５）の他端には入力アーム（６）が固着され、該入力アーム（６）の先端には入力軸（７）が固着されていることを特徴とする倍力装置にある。

前記において、円周状をなす動力伝達部は、例えば、円形歯車の歯、プーリの周溝、スプロケットの歯などを意味する。従ってこのような動力伝達部を備えた太陽伝動部材とは例えばフレーム側に固定された歯車やタイミングベルト用ホイール、或いはスプロケットなどである。この太陽伝動部材に係合する遊星伝動部材は、これら太陽伝動部材の種類に応じて、歯車、タイミングベルト用ホイール、スプロケットであり、これらは中間歯車、中間スプロケット、若しくはタイミングベルト、チェーンなどの動力伝達部材を介して係合している。

第一要旨にかかる倍力装置は、まず太陽伝動部材と遊星伝動部材は回転アームの両端に位置し、動力伝達部材を介して係合するが、この太陽伝動部材を太陽ギヤとし遊星伝動部材を遊星ギヤとすると、フレームに固定された太陽ギヤの同心状に且つ回転自在に貫通する駆動軸の一端に固着された回転アームはその他端に遊星軸が回転自在に支持されている。この遊星軸の一端に固着された遊星ギヤは直接固定された太陽ギヤと噛合うとする。これによって遊星ギヤは、固定された太陽ギヤのまわりを回転アームと共に回転しながら周回する。この時太陽ギヤの歯数と遊星ギヤの歯数は同じであるとすれば遊星ギヤは太陽ギヤのまわりを１周する間に２回転する。

以上の原理によって連動する装置であるが、この回転アームをより長く設定するために、まず前記太陽ギヤと遊星ギヤをスプロケットに代える。そして回転アーム中央部にアームと直交で回転自在に支持された２個の中間軸の一端は各々中間ギヤが固着され、お互いに噛合わされている。２個の中間軸の他端には、各々中間スプロケットが固着され、一方は太陽スプロケットと又他方は遊星スプロケットにとそれぞれ連結している。ここで太陽スプロケットと遊星スプロケットの歯数は同じであり、２個の中間スプロケットの歯数は同じであり、２個の中間ギヤの歯数は同じであるとする。これにより遊星スプロケットは、回転アームによって太陽スプロケットのまわりを１周する間に２回転し、その回転方向も遊星スプロケットと回転アームは同じ方向である。

この遊星伝動部材と一体回転している入力アームが回転アームと平行で、その入力アームの先端に固着された入力軸がもっとも外側に位置した所が最大出力であり、１８０°反対側の位置では最小出力になる。従って最大出力の位置で入力軸に加えられた力が入力アームと一体回転をしている遊星伝動部材に加わり動力伝達部材を介して太陽伝動部材に係合されるが、太陽伝動部材は固定されているので、遊星伝動部材は回転アームと共に太陽伝動部材のまわりを自転しながら公転しようとする。これに遊星伝動部材は太陽伝動部材のまわりを１周するのに２回転する速比も加わり大きな出力が生まれる。又入力アームの長さも製品によって長くすればより大きな倍力装置となる。

図３からも明らかなように入力部（７）の軌跡が自転車によるペタルアームの全長を半径とする軌跡と同じである。しかも回転アーム３が１周する間に遊星スプロケット４が２回転する動力伝達比等によって、図３に示すように、位置（イ）において極めて高い倍力効果が得られる。自転車等においては、この倍力装置を回転アームの方向が互いに反対になるように取付ければ、自転車は左右の足裏による下方への踏付力により入力するので、倍力効果の最も大きい部分のみを用いて、走行が可能になる。又必要に応じて、駆動スプロケット８０又は回転アーム３と駆動軸１との間に、一方向クラッチ（ワンウェイクラッチ）等を介装すれば、倍力効果の大きい部分のみを往復して使用できる。本願装置は、入力に対する倍力効果が高く、更に、入力部の軌跡を小範囲に収めることができ、前記倍力効果とあいまって、車椅子や自転車などの人力走行車に用いれば、使用者に負担をかけることが少なく効果が大きい。

図１は、本願倍力装置の一対を、自転車に用いた場合を示す一実施形態を示すものであり、図１においては、図示した一半の機構とバランスするように駆動スプロケット８０を挟んで、太陽スプロケット２と反対側の対称位置に設けるべき同一構成の倍力装置の図示を省略してある。出力軸をなす回転駆動軸１に駆動スプロケット８０が一体回転するように固着されている。この駆動軸１は、自転車の車体フレーム側８２に設けられた駆動軸受８１によって、回転自在に水平支持されている。駆動スプロケット８０は図示しないチェーンを介して、自転車の後輪側のスプロケットに連結している。

駆動軸受８１を支持している車体フレーム８２の端面には、駆動軸１と同心状に、太陽伝動部材としての太陽スプロケット２が固設されている。一方駆動軸１の突出部１ａには、回転アーム３が、その基端３ａにおいて、駆動軸１と直交する方向で一体回転可能に固着しており、細長い回転アーム３の先端３ｂ付近には、該回転アーム３と直交する方向で遊星軸５が遊星軸受８ａ、８ｂを介して回転自在に支持されている。

この遊星軸５の突出端５ａには、遊星伝動部材としての遊星スプロケット４が固着され、太陽スプロケット２へ連結している。反対側の突出端５ｂには入力アーム６が遊星軸５と直交する方向で固着され、該入力アーム６の先端には入力軸７が入力アーム６と直交する方向で遊星軸５と反対方向に固着している。つまり遊星軸５と入力アーム６と入力軸７はクランク状の一体な部品と同じである。

この太陽スプロケット２と遊星スプロケット４を連結させるために、回転アーム３の中央部分には二つの中間軸９ａ、９ｂが各々回転アーム３に直交する方向でボールベアリング１２ａ、１２ｂによって回転自在に支持されている。この中間軸９ａの突出部には中間スプロケット１０ａが固着され、チェーン１３ａによって太陽スプロケット２に連結している。又中間軸９ｂの突出部には中間スプロケット１０ｂが固着され、チェーン１３ｂによって遊星スプロケット４に連結している。この中間軸９ａ、９ｂの反対側突出部には、中間ギヤ１１ａと中間ギヤ１１ｂが中間軸と一体回転をして、お互いに噛み合わさっている。以上により太陽スプロケット２と遊星スプロケット４は連結される。これは遊星スプロケット４に代えて、遊星ギヤにしたとすれば、回転アーム３の太陽ギヤ側に突設した複数のギヤ軸に回転自在に支持される中間ギヤを介して、太陽ギヤに噛み合わさせたものでもよい。

前記装置において図３の位置（イ）において、ペタル１４によって入力アーム６を反時計回り方向に回すように加えられた力は、遊星スプロケット４を回転する力として作用する。ところで前記実施形態において、例示した倍力装置は太陽スプロケット２と遊星スプロケット４との歯数の比が１対１とし、中間スプロケット１０ａと中間スプロケット１０ｂの歯数の比が１対１であり、中間ギヤ１１ａと中間ギヤ１１ｂの歯数の比が１対１に設定してある。

遊星スプロケット４が回転すると、チェーン１３ｂ→中間スプロケット１０ｂ→中間ギヤ１１ｂ→中間ギヤ１１ａ→中間スプロケット１０ａ→チェーン１３ａを介して固定された太陽スプロケット２に連結される。これによって遊星スプロケット４は回転アーム３と共に太陽スプロケットのまわりを、反時計方向に１周する間に２回転する。前記（イ）の位置で最大の入力が駆動軸１に加わる。又反対側（１８０°）の位置では最小の入力となる。回転アーム３が１回転（３６０°）すれば入力アーム６も（イ）の位置に戻る。

本願装置の一実施形態を示す断面説明図である。 図１の装置を側面から見た説明図である。 図１の装置の入力部の軌跡を示す説明図である。

符号の説明

１ 回転駆動軸（出力軸）
２ 太陽スプロケット
３ 回転アーム
４ 遊星スプロケット
５ 遊星軸
６ 入力アーム
７ 入力軸
８ 遊星軸受
９ 中間軸
１０ 中間スプロケット
１１ 中間ギヤ
１２ 中間軸受
１３ チェーン
１４ ペタル
８０ 自転車の駆動スプロケット
８１ 駆動軸受
８２ 車体フレーム

Claims (2)

1. フレームに固定された円周状をなす動力伝達部を備えた太陽伝動部材と、該太陽伝動部材を回転自在に且つ同心状に貫通する出力軸と、該出力軸に一端で固着し他端に前記太陽伝動部材と動力伝達部材を介して係合する遊星伝動部材を回転自在に支持する回転アームとを有し、前記遊星伝動部材と一体回転する遊星軸の他端には、入力アームが固着され、該入力アームの先端には、入力軸が固着されていることを特徴とする倍力装置。
2. 太陽伝動部材と動力伝達部材を介して係合する遊星伝動部材は太陽伝動部材のまわりを１周する間に２回転し、その回転方向も遊星伝動部材と回転アームは同じ方向であることを特徴とする請求項１の倍力装置。

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