車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構
【課題】動力源を小型小容量の燃料電池、太陽電池とすることを容易にした車輪に設けた駆動動力軽減機構を提供する。
【解決手段】車輪のハブを固定ハブ７と固定ハブで軸支する回転ハブ６に分割し、回転ハブに同心に内歯歯車６ａと太陽歯車６ｂを設ける。車体本体からの駆動軸１１を、固定ハブに軸支されるハブ内の駆動軸１３とユニバーサルジョイント１２で結合する。駆動軸１３の先端に内歯歯車と噛合う第１駆動歯車２１を、更に駆動軸１３に軸支される第１キャリアと、太陽歯車軸６ｃに軸支される第２キャリアで両端を軸支される中間歯車１９の大歯車１９ａに噛合う第２駆動歯車２０を設ける。
また、中間歯車１９の先端の小歯車２９を太陽歯車に噛合わせる。第２キャリアの上部軸２４ａに軸受２７を介して空転歯車２８を設ける。空転歯車２８は内歯歯車と噛合う第１空転歯車２８ａと、もう一つの大歯車１９ｂに噛合う第２空転歯車２８ｂで構成する。
【解決手段】車輪のハブを固定ハブ７と固定ハブで軸支する回転ハブ６に分割し、回転ハブに同心に内歯歯車６ａと太陽歯車６ｂを設ける。車体本体からの駆動軸１１を、固定ハブに軸支されるハブ内の駆動軸１３とユニバーサルジョイント１２で結合する。駆動軸１３の先端に内歯歯車と噛合う第１駆動歯車２１を、更に駆動軸１３に軸支される第１キャリアと、太陽歯車軸６ｃに軸支される第２キャリアで両端を軸支される中間歯車１９の大歯車１９ａに噛合う第２駆動歯車２０を設ける。
また、中間歯車１９の先端の小歯車２９を太陽歯車に噛合わせる。第２キャリアの上部軸２４ａに軸受２７を介して空転歯車２８を設ける。空転歯車２８は内歯歯車と噛合う第１空転歯車２８ａと、もう一つの大歯車１９ｂに噛合う第２空転歯車２８ｂで構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車等車両の走行エネルギーを軽減する車輪に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動車等車両はエンジンの出力を動力伝達軸により直接車輪に伝達している。図１、図２、図３に従来技術による自動車を一例として挙げる。自動車１の動力伝達は駆動軸２ａをタイヤ２ｃ、リム２ｂと一体となるハブ２、３に直接連結して行われる。この結果、各寸法諸元を図３の如く、車輪を押す力Ｓ1、Ｓ２、輪重をＷ１、Ｗ２、車輪半径をＲ、転がり摩擦係数をｆ、坂角度をα、車輪回転数をｎ０、角速度をω０、伝達トルクをＴｑ０とすると、駆動動力ＰＷ０は下記となる。
【０００３】
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
従って、この式から分かるように、どこにも動力低減策が無いのが現状である。
尚、公知例調査の結果も特許文献１のパワートランスミッション及び動力源の組合体や特許文献２の遊星歯車式差動装置等が出願されているが、いずれも、現状の動力のハイブリット化あるいは多機能化が目的であり、根本的な動力そのものの軽減機構に関しては、見当たらない。
【特許文献１】特開平８-２３８９４５
【特許文献２】特開平５−１８７４８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、石油等の化石燃料の枯渇および地球温暖化等地球規模での環境問題に対応すべく、燃料電池車、太陽電池車が開発されている。一方、燃料電池、太陽電池とも現状の車両等の機構では駆動動力が大きく、大掛かりな装置となり、高価で大衆化が困難な状況にある。
本発明は、かかる状況に鑑み、小型小容量の燃料電池、太陽電池で現状と同等の車両走行性能を発揮させる、新規な駆動動力軽減機構を提供するものである。
また、本発明の更なる目的は、すでに世に出ている自動車等車両の駆動動力を軽減し、化石燃料の枯渇および環境問題に対処できるアタッチメント式駆動動力軽減機構を提供することにある。
また、本発明の更なる目的は、人力で動かす乗物の駆動労力を軽減し、坂道も容易に上れ、活動範囲を広げられるようにした自転車や車椅子の駆動動力軽減機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
回転する車輪の中に垂直に静止し、車輪中心軸で軸支されるレバーを設ける。このレバーの下端を走行方向に押し、レバーの上端を回転車輪で支えかつ支点反力が車輪内で消去されるようにする。これを実現するとレバーはテコとなり、テコの原理でレバー下端の押力が増幅され車軸を押し続ける。この結果、新たな車輪転倒モーメントが駆動動力に付加され、結果的に駆動動力が軽減されることになる。
【０００６】
上記を達成するためには、２つの難問がある。１つは、レバーの下端を新たなエネルギーを付加せずに、如何にして走行中押し続けるか。２つは、レバーの上端支点反力を如何にして、大地に接する車輪にもたせ、車体から切り離すか、である。
【０００７】
本発明は上記難問を解決し、所期の目的を達成したものである。
本発明の動作原理を図４、図５、図６、図７、図８に基づいて詳述する。図４は本発明の基本動作原理を説明する１実施例の断面図で、図５は図４のａ−ａ断面、図６、図７は図４のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面を示し、図８は図６、図７の補足説明図である。
【０００８】
初めに構造を説明する。
先ず、ハブをタイヤと一体となり回転する回転ハブ６と、車体に固定される固定ハブ７に分け、固定ハブで回転ハブを支持し、軸受９で回転ハブを回転自在に保持する。車体１からの駆動軸１１は、ハブ内の固定ハブ７に軸支される駆動軸１３とユニバーサルジョイント１２で連結する。回転ハブ内には、これと一体に、同軸に内歯歯車６ａと太陽歯車６ｂを設ける。駆動軸１３の先端に、内歯歯車と噛合う第１駆動歯車２１、また、第１キャリア１６および第２キャリア２４で軸支される中間歯車１９の大歯車１９ａと噛合う第２駆動歯車２０を設ける。２０ａ、２１ａは、ばねの働きをする弾性体で、駆動軸１３上を摺動回転する第１、第２駆動歯車の空間部２０ｂ、２１ｂにあり、一端は駆動軸１３に圧入された板２２、２３の凹部と接し、他端は第１、第２駆動歯車の空間壁に接する。一方、中間歯車の第２キャリア側に、中間歯車と一体となり太陽歯車６ｂと噛合う小歯車２９を設ける。また、第２キャリアは太陽歯車軸６ｃで回転自在とし、上端に内歯歯車に平行に軸を設ける。この軸は空転歯車２８を軸支する。また、空転歯車は内歯歯車と噛合う第１空転歯車２８ａ、中間歯車のもう一方の大歯車１９ｂと噛合う第２空転歯車２８ｂで構成する。
【０００９】
次に動作の基本原理を説明する。
各歯車の歯数、各寸法諸元、回転方向、力、モーメントを図６、図７とすると、各歯車の歯数は次の６、７の２式を満足しなければならない。
（Ａ）回転数ｎ０＝ｎ３の条件
【数６】
（Ｂ）歯車が互いに噛合う条件
【数７】
また、駆動軸１３がｎ１方向に回転すると、第１駆動歯車２１は内歯歯車６ａを図示方向にＱ１の力で回す。同時に第２駆動歯車２０は大歯車１９ａを図示方向にＱ２の力で回す。このＱ１、Ｑ２の反作用力は、軸１３に値は同じで方向が反対に図示の如く作用する。また、この反作用力は、駆動軸１３と太陽歯車軸６ｃとが車体と一体であることから、車輪にとっては、太陽歯車軸６ｃ（Ｏ１支点）に駆動軸１３に作用するのと全く同じく図示の如く作用する。
【００１０】
一方、第２駆動歯車が大歯車１９ａに付加する力Ｑ２は大歯車軸芯（Ｏ３支点）に方向、大きさとも同じで図示の如く作用する。この作用力Ｑ２は第２キャリア２４に全く同じく作用し、第２キャリアがＯ３支点でこの力を支えることになる。
【００１１】
更に、大歯車１９ａと一体の小歯車２９は大歯車の回転に伴い、太陽歯車６ｂにＱ３の力を図示方向にかける。また、小歯車２９のＱ３の反力は中間歯車１９の軸心Ｏ３支点に大きさ同じで方向反対に図示の如く作用する。この結果、Ｏ３支点には（Ｑ３−Ｑ２）の力が発生する。Ｑ３の値は大歯車と小歯車のトルクが同じであることから、次の如く求まる。
【数８】
【００１２】
以上から、第２キャリアの空転歯車２８の軸心Ｏ２が固定であれば、第２キャリアはＯ２を支点とし、Ｏ３点の（Ｑ３−Ｑ２）の力で車輪中心Ｏ１点を押し続けるテコとなる。このＯ１点で押し続ける力Ｑ５は次式で求まる。
【数９】
【００１３】
また、Ｑ３は太陽歯車にＴｑなる回転トルクを与える。Ｔｑは次式となる。
【数１０】
【００１４】
一方、第２キャリアが空転歯車２８に与える力をＱ４、第１、第２空転歯車が内歯歯車に作用する力をＱ４１、大歯車１９ｂに作用する力をＱ４２、小歯車２９と太陽歯車６ｂに働く力をＱ４３とすると、Ｑ４、Ｑ４１、Ｑ４２、Ｑ４３は下記で求まる。
【数１１】
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【００１５】
以上の式から、歯車のモジュールをｍとし、反時計回りのモーメントを正、時計回りのモーメントを負とすると、Ｑ４が車輪に与えるモーメントの総和Ｍは次式で求まる。
【数１５】
一方、１５式を計算すると、
【数１６】
従って、空転歯車２８が車輪に与える正逆の転倒モーメントの総和はゼロとなり、支点Ｏ２は回転する車輪の中にあって、上部に保持され、車輪走行に影響を与えない支点となる。
【００１６】
以上から、第２キャリアの下端を押し続けるのは中間歯車１９で確保でき、第２キャリアの上部Ｏ２支点は、この支点反力が車輪走行になんら影響を与えないことから、第２キャリアはテコとなり、回転車輪の中にあって、新規なテコの原理を発揮することになる。
【００１７】
図８に示すごとく、車輪中心であるＯ１点に作用する合力をＱ６とすると、Ｑ６は次式で求まる。
【数１７】
この結果、駆動軸１３の動力が車輪転倒に及ぼすモーメントの総和Ｍ１は次式となる。
【数１８】
【００１８】
一方、車輪が転倒し、走行するため条件は下記である。
【数１９】
また、Ｍ１はＱ１、Ｑ２で定まる。球状弾性体２１ａ、２０ａのばね定数をｋ１、ｋ２とし、駆動軸１３の回転角をθ、駆動軸芯と球状弾性体加圧点までの距離をｒ１、ｒ２とすると、Ｑ１、Ｑ２は次式となる。
【数２０】
【数２１】
従って、駆動軸１３をθ回すとＱ１、Ｑ２が発生し、Ｍ１の値が変化し、あるθ値で１９式を満足する。
このθ値から、Ｑ１、Ｑ２を求めると駆動軸１３の駆動トルクＴｑ１が下記で求まる。
【数２２】
【００１９】
また、駆動軸１３の角速度ω１は、次の如くなる。
【数２３】
【数２４】
【００２０】
以上から、歯車系の動力伝達損失を無視すると、駆動軸１３の必要動力ＰＷ１および効率ηは下記の如くなる。
【数２５】
【数２６】
【００２１】
効率ηは車輪半径Ｒ、歯車比、球状弾性体のばね定数ｋ１、ｋ２によって、変化するが、図９に示す如く、５０％〜２０％は確保できる。尚、上式は２輪駆動（前輪または後輪駆動）の式であるが、４輪駆動（全輪駆動）の場合は、Ｗ２＝０と置けば求まる。
【発明の効果】
【００２２】
以上記載の如く請求項１の発明によれば、一本の駆動軸上の第１駆動歯車で内歯歯車を回し、第２駆動歯車で中間歯車の大歯車を同時に回すことにより、駆動力をハブ内で２系統に分断し車輪に伝達できる。更に大歯車側に伝達された駆動力は作用反作用力の差力を生む中間歯車に伝達される。
一方、中間歯車を軸支する第２キャリアは、回転ハブ中心軸に回転自在に支持され、上部の第２キャリア突起軸に第１、第２の空転歯車を軸支している。また、互いに一体となる第１、第２空転歯車が内歯歯車および大歯車に及ぼす力は車輪に正逆の転倒モーメントを発生させるが、この値が同じになる事から、空転歯車軸は回転車輪の中にあって、定位置となり、テコの支点になる。これは、駆動力を上記２系統に分断した結果達成できるものである。また、各歯車の歯数を内歯歯車の回転角と太陽歯車の回転角が同じになるようにしていることから、第２キャリアは車輪回転時も垂直状態を維持し続ける。
これらの結果、第２キャリアは空転歯車軸Ｏ２を支点とし、中間歯車軸中心Ｏ３に働く作用反作用力の差力で車輪中心軸Ｏ１を押すテコとなる。このテコの現象が走行中継続され、駆動動力の軽減が達成できる。
【００２３】
尚、この軽減の程度は、効率をη（η＝（本発明による動力）／（現状の必要動力））とすると、ηは車輪半径Ｒ、歯車比、球状弾性体のばね定数の関数となり、その数値は図９に示す如くη＝１／２〜１／５となる。これは１／２〜１／５の燃料で現状と同距離を走行できることを表している。また、逆の言い方をすれば、同じ量の燃料で現状走行距離の２倍〜５倍の距離を走行できることを意味する。
【００２４】
これはまた、燃比を５０％〜８０％改善することに相当する。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、駆動軸１３と第１、第２駆動歯車間の弾性体２０ａ、２１ａを介して駆動力が確実に内歯歯車と大歯車１９ａに伝わり、駆動２系統の機能を発揮させる事ができる。即ち、この弾性体を介さないと、各歯車は剛体であり、かつ歯車にバックラッシュがあることから、先に第１駆動歯車が内歯歯車に噛合うと、第２駆動歯車と大歯車１９ａとの間に隙間が生じ、第２駆動歯車系は機能しない。また反対に、先に第２駆動歯車が大歯車１９ａに噛合うと第１駆動歯車と内歯歯車との間に隙間が生じ、第１駆動歯車系は機能を発揮しない。この結果、どちらも駆動動力の軽減は達成でなくなるのである。
尚、弾性体２０ａ、２１ａは歯車内壁と板２２，２３の凹部でガイドされ、弾性体２０ａ、２１ａの保持が安定する。
【００２６】
また、この弾性体（例えばシリコンゴム）２０ａ、２１ａを球状とすることにより、ばね定数を非線形とすることができる。この結果、初期駆動軸の僅かの回転力で弾性体が変形し、第１駆動、第２駆動系の隙間が除去されると同時に両駆動系に与圧をかけることができる。また、球状がさらに僅か変形しただけで、今度は大きな反力の発生につながり、駆動動力の伝達が可能となる。このことから、ばね定数一定の直線ばねと比較して、小スペースで与圧メカニズムの目的が達成でき、装置をコンパクトにできる。
【００２７】
請求項３記載の発明によれば、第１、第２駆動歯車の動力伝達系に別々の弾性体２０ａ、２１ａを設けることにより、第１、第２駆動歯車の伝達動力が調整でき、テコの原理に基づく効率ηを最大に設定できる。
【００２８】
請求項４記載の発明によれば、大歯車１９ａと１９ｂの歯面を歯面長手方向に対して同一面とすることができる。この結果、駆動軸１３と空転歯車軸２４ａをほぼ同一軸に配置でき、第２キャリアのＯ１、Ｏ２、Ｏ３支点が一直線となるテコの構造が達成できる。
【００２９】
請求項５記載の発明によれば、テコの支点となる空転歯車軸２４ａの反力をすべて、大地に接する車輪に伝達し、車体本体で反力を受けないですむ。更に、空転歯車軸２４ａの反力は車輪に正転、逆転のモーメントを付加するが、このモーメントの値が同じくなることから、空転歯車軸の位置は変わらない。一方、駆動軸１３と空転歯車軸２４ａとを一体とすると、空転歯車軸の反力は車体に軸支される駆動軸１３に伝達され、車体本体に伝達される事から、テコの原理は失われ、駆動動力の軽減は達成できない。
【００３０】
請求項６記載の発明によれば、第１駆動歯車が内歯歯車に与える力で発生する車輪回転駆動モーメントを最大とすることができ、駆動動力軽減に寄与する。
【００３１】
請求項７記載の発明によれば、回転ハブと固定ハブの中をオイルバスとすることができる。この結果、歯車の潤滑ができ、また発熱、騒音を防止できることから、高速で走る自動車、電車にも、この走行動力軽減機構が採用できる。また、シールワッシャー付ねじを回転ハブに設けることにより、ブレーキ系統（図示せず）のオイルによる損傷を未然に防ぐと同時に、オイル交換もタイヤに空気を入れるのと同様に容易にできる。
【００３２】
請求項８記載の発明によれば、車体本体からの駆動軸を車輪駆動短軸３４と連結し、固定ハブ３０を車体本体に連結することにより、駆動動力軽減機構付き車両ができあがる。即ち、既存の自動車等の車輪を本発明のアタッチメント式走行動力軽減機構付き車輪に交換できる。この結果、既存の自動車等に使用する石油等の化石燃料使用量を削減でき、かつ排出ガス量も軽減できる事から、地球温暖化等の地球規模の環境問題を一挙に軽減できる。
【００３３】
請求項９記載の発明によれば、左右の固定ハブ、回転ハブに設けた軸支機構に、車体本体のステーを連結すれば、固定ハブと回転ハブ内の機構を車体本体のステーで挟持できる。この結果、機構内のスプロケットをチェーンで駆動すれば、車体を軽く動かすことができる。この構造は、図１１、１２、図１５に示す、自転車４０の４１部やオートバイ８０の８１部にも適用できる。
【００３４】
請求項１０記載の発明によれば、駆動内歯歯車６０ｃを丸ハンドル６０ａと一体化することにより、図１３、図１４に示す如く、駆動動力軽減機構６２を車椅子６０にも取付けることができる。この結果、平地の走行労力が軽減できるばかりでなく、坂道も軽く上ることができ、車椅子の活動範囲を広げることができる。
【００３５】
その他の効果として、本発明は図１６、図１７に示す如く、各種荷役機械や電車等にも適用でき、石油等の化石燃料枯渇期間の延長と環境問題である排出ガス規制に対応できると同時に、今後の出力の少ない小型燃料電池や太陽電池でも、現状と同等の性能で自動車等の車両を走行させる事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
車輪のハブを車輪と一体の回転ハブと車体に固定される固定ハブにわけ、固定ハブで回転ハブを軸支し、両ハブの中に、メカニズムを内蔵させる。即ち、回転ハブに同心に内歯歯車、太陽歯車を設け、固定ハブで軸支される駆動軸の先端に内歯歯車と噛合う第１駆動歯車、中間歯車の大歯車と噛合う第２駆動歯車を設ける。中間歯車は、駆動軸で軸支される第１キャリアと太陽歯車軸に軸支される第２キャリアで軸支する。中間歯車はこれと一体に小歯車を持ち、小歯車と太陽歯車を噛合わせる。第２キャリアの他端は空転歯車を軸支する。空転歯車は内歯歯車と噛合う第１空転歯車と、中間歯車のもうひとつの大歯車と噛合う第２空転歯車で構成する。駆動軸は、車輪の最上部に設けテコとなる第２キャリアを垂直に維持する。
【実施例１】
【００３７】
図４は、本発明の１実施例を示す断面図、図５は図４のａ−ａ断面図、図６、図７は図４のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、図８は図６、図７の補足説明図である。
先ず構造を説明する。
６はタイヤ２ｃと一体のリム４をフランジ６ｄ部でボルト５により連結された回転ハブである。７は車体（図示せず）と一体となり、駆動軸１３を軸支し、回転ハブの６ｅ部及び固定ハブの７ｃ部で軸受９を介して、回転ハブを軸支する固定ハブである。１０は油密シールである。駆動軸１３は、固定ハブのボス７ｂ部で軸受１４により回転自在とし、車体からの駆動軸１１とユニバーサルジョイント１２で連結される。１５は油密シールである。
一方、回転ハブにはこれと一体同心に内歯歯車６ａ、太陽歯車６ｂを設ける。ハブ内の駆動軸１３には、内歯歯車６ａと噛合う第１駆動歯車２１、及び駆動軸１３で軸支される第１キャリア１６と太陽歯車の軸６ｃで軸支される第２キャリア２４の両方で軸支された中間歯車１９の大歯車１９ａと噛合う第２駆動歯車２０を設ける。１７、１８は第１キャリアに設けた軸受である。２５、２６は第２キャリア２４に設けた軸受である。小歯車２９は中間歯車１９の軸１９ｆにスプライン結合し、太陽歯車６ｂと噛合う。第２キャリアの他端には空転歯車軸２４ａを設け、空転歯車２８を軸支している。空転歯車は、内歯歯車６ａと噛合い第１駆動歯車２１と同じ歯数の第１空転歯車、中間歯車１９のもう一つの大歯車１９ｂと噛合い第２駆動歯車２０と同歯数の第２空転歯車２８ｂで構成されている。大歯車１９ａと大歯車１９ｂの歯数は同じである。
また、図５に示す如く、第１、第２駆動歯車２１、２０には、球状弾性体２０ａ、２１ａを内包する空間２１ｂ、２０ｂがあり、球状弾性体は軸１３に圧入された板２２、２３と歯車２１、２０の空間内壁に挟まれている。
【００３８】
次にこの動作を説明する。車体の駆動軸１１の動力は、ユニバーサルジョイント１２、駆動軸１３、駆動軸１３の板２３、２２、球状弾性体２１ａ、２０ａを通して、第１、第２駆動歯車２１、２０に伝わる。第１駆動歯車２１は直接内歯歯車６ａを回す。また、第２駆動歯車２０は大歯車１９ａ、及びこれと一体の小歯車２９を介して太陽歯車６ｂを回す。第１駆動歯車２１が回す車輪の回転方向と、第２駆動歯車２０が車輪を回す方向は中間歯車１９を介することにより、同一方向となる。
【００３９】
この結果、空転歯車の支点Ｏ２の位置が一定に保持され、中間歯車１９に働く作用反作用の力の差が第２キャリアの支点Ｏ３を押すことから、第２キャリアはテコのレバーとなり、支点Ｏ３に働く力が増幅されて、車軸芯Ｏ１を押し続けることになる。即ち、このテコの力による車輪の転倒モーメントが車体の駆動軸動力に付加され、結果的に駆動力が低減されるのである。
【実施例２】
【００４０】
図１０は既存の自動車等の車両にアタッチメント式に取付けられる本発明の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構の断面図である。図４との相違点は固定ハブ３０にある。即ち、駆動軸１３の一端をハブ内で止め、ハブボスの３０ａで駆動軸１３を軸受３８で回転自在、横移動不可に保持する。更に先端に第１駆動歯車２１と同歯数のピニオンを設ける。一方、固定ボス３０ｃに中心線で示す如く、太陽歯車６ｂと同心に駆動軸３４を軸受３５で回転自在、横移動不可に設ける。３６は油密シールである。駆動軸３４のハブ側にはスプライン３４ａで連結され、ピニオン３２と噛合う内歯歯車３３を設ける。内歯歯車３３の歯数は内歯歯車６ａと同数である。また、駆動軸３４の先端の軸３４ｂは固定ボス３０ｂに軸受３７で回転自在に保持し、駆動軸３４の取付けを強固にしている。
【００４１】
以上の構成から、固定ハブ３０を車体に連結し、駆動軸３４を従来の自動車等の駆動軸（図示せず）に連結すれば、既存の自動車等車両の駆動動力を容易に軽減できる。
【００４２】
図１２は本発明４１を図１１に示す自転車４０に適用した動力軽減機構の１実施例の断面図である。図１０との相違点は、固定ハブ４３の中心軸４４を、固定ボス４３ｂにボルト４５で固定し、他端を固定ボス４３の穴４３ｃに挿入し、固定ボスと一体化したこと。また、固定ボス４３ａ部で軸受５１により軸支される駆動軸５０の他端のセレーション５０ａにピニオン５２を圧入したこと。軸４４には、軸受５４で軸支されるスプロケット５３を取付け、一方向クラッチ５1ａを介してピニオン５２を回す内歯歯車５１を設けたこと。また、回転ボス４２を軸受４4ａ、カバー４５、ボルト４６で固定ボス４３上に回転自在に取付けたこと。回転ハブ４２の外周には２つのフランジ４２ｄを設け、自転車のタイヤを指示するスポーク４０ｄを取付けたこと。一方、固定ハブ４３の外部中心に軸４３を設け、これに自転車のステー４０ａをナット４８で固定したこと。また、回転ハブ４２の外周中心に軸４２ｃを設け、金具５５との間に軸受５６を設けたこと。この金具５５で自転車のもう一方のステーをナット５７で固定したこと。また、固定ボスには、チェーン取付け用穴４３ｅを設け、ボルト５９を固定ハブ４３の回り止めとした事である。
【００４３】
以上の構成から、動力軽減機構は２つの自転車のステーで保持され、かつ、チェーン４０ｃでスプロケット５３を駆動でき、スプロケットと一体の内歯歯車５１がピニオン５２を自転車進行方向に回すことから、自転車の駆動動力が軽減できる。
【実施例３】
【００４４】
図１２は本発明４１を図１１に示す自転車４０に適用した動力軽減機構の１実施例の断面図である。図１０との相違点は、固定ハブ４３中心軸４４を、固定ボス４３ｂにぼると４５で固定し、他端を固定ボス４３の穴４３ｃに挿入し、固定ボスと一体化したこと。また、固定ボス４３ａ部で軸受５１で軸支される駆動軸５０の他端のセレーション５０ａにピニオン５２を圧入したこと。軸４４には、軸受５４で軸支されるスプロケット５３を取付け、一方向クラッチ５１ａを介してピニオン５２を回す内歯歯車５１を設けたこと。また、回転ボス４２を軸受４４ａ、カバー４５、ボルト４６で固定ボス４３上に回転自在に取付けたこと。回転ハブ４２の外周には２つのフランジ４２ｄを設け、自転車のタイヤを指示するスポーク４０ｄを取付けたこと。一方、固定ハブ４３の外部中心に軸４３ｄを設け、これに自転車のステー４０ａをナット４８で固定したこと。また、回転ハブ４２の外周中心に軸４２ｃを設け、金具５５との間に軸受５６を設けたこと。この金具５５で自転車のもう一方のステーをナット５７で固定したこと。また、固定ボスには、チェーン取付け用穴４３ｅを設け、ボルト５９は固定ハブ４３の回り止めとしたことである。
【００４５】
以上の構成から、動力軽減機構は２つの自転車のステーで保持され、かつ、チェーン４０ｃでスプロケット５３を駆動でき、スプロケットと一体の内歯歯車５１がピニオン５２を自転車進行方向に回すことから、自転車の駆動動力軽減が達成される。
【実施例４】
【００４６】
図１４は、図１３に示す車椅子６０に本発明６２を適用した駆動動力軽減機構の断面図である。図１３において、６０ａは車椅子６０を手押しし、車輪６０ｂを回転させる手動丸ハンドルである。６０ｃは車輪６０ｂのスポーク、６０ｄは本発明による回転ハブ６３のフランジ６３ｄに連結され、手動丸ハンドル６０ａを支持するスポークである。図１４において、図１２との相違点は内歯歯車６０ｃを手動丸ハンドル６０ａのボス部で一体化し、固定ハブ６６の先端軸６６ａで軸受７３により回転自在とし、ナット７４で固定ハブ６６に一体化したこと。また、回転ハブ６３の外側中央部に回転ハブと一体となる軸６３ｃを設け、車椅子６０のボス６０ｅで軸受６４を介し車輪６０ｂを回転自在に保持したことである。６５は連結固定ナットである。また、６１は車椅子６０に固定したステーで、これと固定ハブ６６ｃを６１ａ部で一体化し、固定ハブの回り止めをするものである。
【００４７】
以上の構成から、車椅子６０は車輪６０bで走行できる。一方、手動丸ハンドルを回すと内歯
歯車６０ｃが回り、ハブ内の駆動動力軽減機構が働き、手動丸ハンドルの回す力が軽減できる。従って、車椅子に乗る人の労力が軽減でき、坂道も上れ、活動範囲が広くなる。
【実施例５】
【００４８】
図１５は本発明８１をオートバイに適用した１実施例である。図１２と異なる点は、自転車にはある一方向クラッチ５１ａがオートバイには不要の１点だけである。
【実施例６】
【００４９】
図１６は荷役機械８５に本発明の図４または図１０の駆動動力軽減機構を設けた１実施例である。
【実施例７】
【００５０】
図１７は電車９０に本発明の図４または図１０の駆動動力軽減機構を設けた１実施例である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来例の自動車外観図である。
【図２】従来例の車輪断面図である。
【図３】従来例の駆動動力計算図である。
【図４】本発明による車輪ハブにもうける遊星歯車式走行動力軽減機構の断面図である。
【図５】図４のａ−ａ断面図である。
【図６】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】図６、図７の補足説明図である。
【図９】本発明の効果説明図である。
【図１０】本発明をアタッチメント式とした１実施例を示す断面図である。
【図１１】従来の自転車に本発明の機構を付けた説明図である。
【図１２】本発明による自転車用遊星歯車式走行動力軽減機構の断面図である。
【図１３】従来の車椅子に本発明の機構を付けた説明図である。
【図１４】本発明による車椅子用遊星歯車式動力軽減機構の断面図である。
【図１５】本発明をオートバイに適用したときの説明図である。
【図１６】本発明を荷役機械に適用したときの説明図である。
【図１７】本発明を電車に適用したときの説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１：自動車 ２、３：ハブ ２ａ：駆動軸 ２ｂ、３ｂ、４：リム
２ｃ、３ｃ：タイヤ ６：回転ハブ ６ａ：内歯歯車 ６ｂ：太陽歯車
６ｃ：太陽歯車軸 ６ｄ：フランジ ７、３０：固定ハブ ７ｂ：ボス
９：軸受 １０：オイルシール １１：駆動軸
１２：ユニバーサルジョイント １３：駆動軸 １４：軸受
１５：オイルシール １６：第１キャリア １７、１８：軸受
１９：中間歯車 １９ａ、１９ｂ：大歯車 １９ｆ：スプライン
２１：第１駆動歯車 ２０：第２駆動歯車 ２１ａ、２０ａ：球状弾性体
２２、２３：板 ２４：第２キャリア ２４ａ：空転歯車軸
２５、２６、２７：軸受 ２８：空転歯車 ２８ａ：第１空転歯車
２８ｂ：第２空転歯車 ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ：ボス ３１：駆動軸
３１ａ：スプライン ３２：ピニオン ３３：内歯歯車 ３４：駆動短軸
３４ａ：スプライン ３４ｂ：軸 ３５：軸受 ３６：オイルシール
３７、３８：軸受 ４０：自転車 ４０ａ、４０ｂ：ステー
４０ｃ：チェーン ４０ｄ：スポーク ４１：駆動力軽減機構
４２：回転ハブ ４２ｃ：軸 ４２ｄ：フランジ ４３：固定ハブ
４３ａ、４３ｂ：ボス ４３ｅ：穴 ４４：軸 ４４ａ：軸受
４７、４８：ナット ５０ａ：セレーション ５１ａ：一方向クラッチ
５２：ピニオン ５５：金具 ５９：回り止め ６０：車椅子
６０ａ：手動丸ハンドル ６０ｂ：タイヤ ６０ｅ：内歯歯車
６１：ステー ６２：動力軽減機構 ６６：固定ボス ６６ａ：軸
８０：オートバイ ８５：荷役機械 ９０：電車
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車等車両の走行エネルギーを軽減する車輪に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動車等車両はエンジンの出力を動力伝達軸により直接車輪に伝達している。図１、図２、図３に従来技術による自動車を一例として挙げる。自動車１の動力伝達は駆動軸２ａをタイヤ２ｃ、リム２ｂと一体となるハブ２、３に直接連結して行われる。この結果、各寸法諸元を図３の如く、車輪を押す力Ｓ1、Ｓ２、輪重をＷ１、Ｗ２、車輪半径をＲ、転がり摩擦係数をｆ、坂角度をα、車輪回転数をｎ０、角速度をω０、伝達トルクをＴｑ０とすると、駆動動力ＰＷ０は下記となる。
【０００３】
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
従って、この式から分かるように、どこにも動力低減策が無いのが現状である。
尚、公知例調査の結果も特許文献１のパワートランスミッション及び動力源の組合体や特許文献２の遊星歯車式差動装置等が出願されているが、いずれも、現状の動力のハイブリット化あるいは多機能化が目的であり、根本的な動力そのものの軽減機構に関しては、見当たらない。
【特許文献１】特開平８-２３８９４５
【特許文献２】特開平５−１８７４８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、石油等の化石燃料の枯渇および地球温暖化等地球規模での環境問題に対応すべく、燃料電池車、太陽電池車が開発されている。一方、燃料電池、太陽電池とも現状の車両等の機構では駆動動力が大きく、大掛かりな装置となり、高価で大衆化が困難な状況にある。
本発明は、かかる状況に鑑み、小型小容量の燃料電池、太陽電池で現状と同等の車両走行性能を発揮させる、新規な駆動動力軽減機構を提供するものである。
また、本発明の更なる目的は、すでに世に出ている自動車等車両の駆動動力を軽減し、化石燃料の枯渇および環境問題に対処できるアタッチメント式駆動動力軽減機構を提供することにある。
また、本発明の更なる目的は、人力で動かす乗物の駆動労力を軽減し、坂道も容易に上れ、活動範囲を広げられるようにした自転車や車椅子の駆動動力軽減機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
回転する車輪の中に垂直に静止し、車輪中心軸で軸支されるレバーを設ける。このレバーの下端を走行方向に押し、レバーの上端を回転車輪で支えかつ支点反力が車輪内で消去されるようにする。これを実現するとレバーはテコとなり、テコの原理でレバー下端の押力が増幅され車軸を押し続ける。この結果、新たな車輪転倒モーメントが駆動動力に付加され、結果的に駆動動力が軽減されることになる。
【０００６】
上記を達成するためには、２つの難問がある。１つは、レバーの下端を新たなエネルギーを付加せずに、如何にして走行中押し続けるか。２つは、レバーの上端支点反力を如何にして、大地に接する車輪にもたせ、車体から切り離すか、である。
【０００７】
本発明は上記難問を解決し、所期の目的を達成したものである。
本発明の動作原理を図４、図５、図６、図７、図８に基づいて詳述する。図４は本発明の基本動作原理を説明する１実施例の断面図で、図５は図４のａ−ａ断面、図６、図７は図４のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面を示し、図８は図６、図７の補足説明図である。
【０００８】
初めに構造を説明する。
先ず、ハブをタイヤと一体となり回転する回転ハブ６と、車体に固定される固定ハブ７に分け、固定ハブで回転ハブを支持し、軸受９で回転ハブを回転自在に保持する。車体１からの駆動軸１１は、ハブ内の固定ハブ７に軸支される駆動軸１３とユニバーサルジョイント１２で連結する。回転ハブ内には、これと一体に、同軸に内歯歯車６ａと太陽歯車６ｂを設ける。駆動軸１３の先端に、内歯歯車と噛合う第１駆動歯車２１、また、第１キャリア１６および第２キャリア２４で軸支される中間歯車１９の大歯車１９ａと噛合う第２駆動歯車２０を設ける。２０ａ、２１ａは、ばねの働きをする弾性体で、駆動軸１３上を摺動回転する第１、第２駆動歯車の空間部２０ｂ、２１ｂにあり、一端は駆動軸１３に圧入された板２２、２３の凹部と接し、他端は第１、第２駆動歯車の空間壁に接する。一方、中間歯車の第２キャリア側に、中間歯車と一体となり太陽歯車６ｂと噛合う小歯車２９を設ける。また、第２キャリアは太陽歯車軸６ｃで回転自在とし、上端に内歯歯車に平行に軸を設ける。この軸は空転歯車２８を軸支する。また、空転歯車は内歯歯車と噛合う第１空転歯車２８ａ、中間歯車のもう一方の大歯車１９ｂと噛合う第２空転歯車２８ｂで構成する。
【０００９】
次に動作の基本原理を説明する。
各歯車の歯数、各寸法諸元、回転方向、力、モーメントを図６、図７とすると、各歯車の歯数は次の６、７の２式を満足しなければならない。
（Ａ）回転数ｎ０＝ｎ３の条件
【数６】
（Ｂ）歯車が互いに噛合う条件
【数７】
また、駆動軸１３がｎ１方向に回転すると、第１駆動歯車２１は内歯歯車６ａを図示方向にＱ１の力で回す。同時に第２駆動歯車２０は大歯車１９ａを図示方向にＱ２の力で回す。このＱ１、Ｑ２の反作用力は、軸１３に値は同じで方向が反対に図示の如く作用する。また、この反作用力は、駆動軸１３と太陽歯車軸６ｃとが車体と一体であることから、車輪にとっては、太陽歯車軸６ｃ（Ｏ１支点）に駆動軸１３に作用するのと全く同じく図示の如く作用する。
【００１０】
一方、第２駆動歯車が大歯車１９ａに付加する力Ｑ２は大歯車軸芯（Ｏ３支点）に方向、大きさとも同じで図示の如く作用する。この作用力Ｑ２は第２キャリア２４に全く同じく作用し、第２キャリアがＯ３支点でこの力を支えることになる。
【００１１】
更に、大歯車１９ａと一体の小歯車２９は大歯車の回転に伴い、太陽歯車６ｂにＱ３の力を図示方向にかける。また、小歯車２９のＱ３の反力は中間歯車１９の軸心Ｏ３支点に大きさ同じで方向反対に図示の如く作用する。この結果、Ｏ３支点には（Ｑ３−Ｑ２）の力が発生する。Ｑ３の値は大歯車と小歯車のトルクが同じであることから、次の如く求まる。
【数８】
【００１２】
以上から、第２キャリアの空転歯車２８の軸心Ｏ２が固定であれば、第２キャリアはＯ２を支点とし、Ｏ３点の（Ｑ３−Ｑ２）の力で車輪中心Ｏ１点を押し続けるテコとなる。このＯ１点で押し続ける力Ｑ５は次式で求まる。
【数９】
【００１３】
また、Ｑ３は太陽歯車にＴｑなる回転トルクを与える。Ｔｑは次式となる。
【数１０】
【００１４】
一方、第２キャリアが空転歯車２８に与える力をＱ４、第１、第２空転歯車が内歯歯車に作用する力をＱ４１、大歯車１９ｂに作用する力をＱ４２、小歯車２９と太陽歯車６ｂに働く力をＱ４３とすると、Ｑ４、Ｑ４１、Ｑ４２、Ｑ４３は下記で求まる。
【数１１】
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【００１５】
以上の式から、歯車のモジュールをｍとし、反時計回りのモーメントを正、時計回りのモーメントを負とすると、Ｑ４が車輪に与えるモーメントの総和Ｍは次式で求まる。
【数１５】
一方、１５式を計算すると、
【数１６】
従って、空転歯車２８が車輪に与える正逆の転倒モーメントの総和はゼロとなり、支点Ｏ２は回転する車輪の中にあって、上部に保持され、車輪走行に影響を与えない支点となる。
【００１６】
以上から、第２キャリアの下端を押し続けるのは中間歯車１９で確保でき、第２キャリアの上部Ｏ２支点は、この支点反力が車輪走行になんら影響を与えないことから、第２キャリアはテコとなり、回転車輪の中にあって、新規なテコの原理を発揮することになる。
【００１７】
図８に示すごとく、車輪中心であるＯ１点に作用する合力をＱ６とすると、Ｑ６は次式で求まる。
【数１７】
この結果、駆動軸１３の動力が車輪転倒に及ぼすモーメントの総和Ｍ１は次式となる。
【数１８】
【００１８】
一方、車輪が転倒し、走行するため条件は下記である。
【数１９】
また、Ｍ１はＱ１、Ｑ２で定まる。球状弾性体２１ａ、２０ａのばね定数をｋ１、ｋ２とし、駆動軸１３の回転角をθ、駆動軸芯と球状弾性体加圧点までの距離をｒ１、ｒ２とすると、Ｑ１、Ｑ２は次式となる。
【数２０】
【数２１】
従って、駆動軸１３をθ回すとＱ１、Ｑ２が発生し、Ｍ１の値が変化し、あるθ値で１９式を満足する。
このθ値から、Ｑ１、Ｑ２を求めると駆動軸１３の駆動トルクＴｑ１が下記で求まる。
【数２２】
【００１９】
また、駆動軸１３の角速度ω１は、次の如くなる。
【数２３】
【数２４】
【００２０】
以上から、歯車系の動力伝達損失を無視すると、駆動軸１３の必要動力ＰＷ１および効率ηは下記の如くなる。
【数２５】
【数２６】
【００２１】
効率ηは車輪半径Ｒ、歯車比、球状弾性体のばね定数ｋ１、ｋ２によって、変化するが、図９に示す如く、５０％〜２０％は確保できる。尚、上式は２輪駆動（前輪または後輪駆動）の式であるが、４輪駆動（全輪駆動）の場合は、Ｗ２＝０と置けば求まる。
【発明の効果】
【００２２】
以上記載の如く請求項１の発明によれば、一本の駆動軸上の第１駆動歯車で内歯歯車を回し、第２駆動歯車で中間歯車の大歯車を同時に回すことにより、駆動力をハブ内で２系統に分断し車輪に伝達できる。更に大歯車側に伝達された駆動力は作用反作用力の差力を生む中間歯車に伝達される。
一方、中間歯車を軸支する第２キャリアは、回転ハブ中心軸に回転自在に支持され、上部の第２キャリア突起軸に第１、第２の空転歯車を軸支している。また、互いに一体となる第１、第２空転歯車が内歯歯車および大歯車に及ぼす力は車輪に正逆の転倒モーメントを発生させるが、この値が同じになる事から、空転歯車軸は回転車輪の中にあって、定位置となり、テコの支点になる。これは、駆動力を上記２系統に分断した結果達成できるものである。また、各歯車の歯数を内歯歯車の回転角と太陽歯車の回転角が同じになるようにしていることから、第２キャリアは車輪回転時も垂直状態を維持し続ける。
これらの結果、第２キャリアは空転歯車軸Ｏ２を支点とし、中間歯車軸中心Ｏ３に働く作用反作用力の差力で車輪中心軸Ｏ１を押すテコとなる。このテコの現象が走行中継続され、駆動動力の軽減が達成できる。
【００２３】
尚、この軽減の程度は、効率をη（η＝（本発明による動力）／（現状の必要動力））とすると、ηは車輪半径Ｒ、歯車比、球状弾性体のばね定数の関数となり、その数値は図９に示す如くη＝１／２〜１／５となる。これは１／２〜１／５の燃料で現状と同距離を走行できることを表している。また、逆の言い方をすれば、同じ量の燃料で現状走行距離の２倍〜５倍の距離を走行できることを意味する。
【００２４】
これはまた、燃比を５０％〜８０％改善することに相当する。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、駆動軸１３と第１、第２駆動歯車間の弾性体２０ａ、２１ａを介して駆動力が確実に内歯歯車と大歯車１９ａに伝わり、駆動２系統の機能を発揮させる事ができる。即ち、この弾性体を介さないと、各歯車は剛体であり、かつ歯車にバックラッシュがあることから、先に第１駆動歯車が内歯歯車に噛合うと、第２駆動歯車と大歯車１９ａとの間に隙間が生じ、第２駆動歯車系は機能しない。また反対に、先に第２駆動歯車が大歯車１９ａに噛合うと第１駆動歯車と内歯歯車との間に隙間が生じ、第１駆動歯車系は機能を発揮しない。この結果、どちらも駆動動力の軽減は達成でなくなるのである。
尚、弾性体２０ａ、２１ａは歯車内壁と板２２，２３の凹部でガイドされ、弾性体２０ａ、２１ａの保持が安定する。
【００２６】
また、この弾性体（例えばシリコンゴム）２０ａ、２１ａを球状とすることにより、ばね定数を非線形とすることができる。この結果、初期駆動軸の僅かの回転力で弾性体が変形し、第１駆動、第２駆動系の隙間が除去されると同時に両駆動系に与圧をかけることができる。また、球状がさらに僅か変形しただけで、今度は大きな反力の発生につながり、駆動動力の伝達が可能となる。このことから、ばね定数一定の直線ばねと比較して、小スペースで与圧メカニズムの目的が達成でき、装置をコンパクトにできる。
【００２７】
請求項３記載の発明によれば、第１、第２駆動歯車の動力伝達系に別々の弾性体２０ａ、２１ａを設けることにより、第１、第２駆動歯車の伝達動力が調整でき、テコの原理に基づく効率ηを最大に設定できる。
【００２８】
請求項４記載の発明によれば、大歯車１９ａと１９ｂの歯面を歯面長手方向に対して同一面とすることができる。この結果、駆動軸１３と空転歯車軸２４ａをほぼ同一軸に配置でき、第２キャリアのＯ１、Ｏ２、Ｏ３支点が一直線となるテコの構造が達成できる。
【００２９】
請求項５記載の発明によれば、テコの支点となる空転歯車軸２４ａの反力をすべて、大地に接する車輪に伝達し、車体本体で反力を受けないですむ。更に、空転歯車軸２４ａの反力は車輪に正転、逆転のモーメントを付加するが、このモーメントの値が同じくなることから、空転歯車軸の位置は変わらない。一方、駆動軸１３と空転歯車軸２４ａとを一体とすると、空転歯車軸の反力は車体に軸支される駆動軸１３に伝達され、車体本体に伝達される事から、テコの原理は失われ、駆動動力の軽減は達成できない。
【００３０】
請求項６記載の発明によれば、第１駆動歯車が内歯歯車に与える力で発生する車輪回転駆動モーメントを最大とすることができ、駆動動力軽減に寄与する。
【００３１】
請求項７記載の発明によれば、回転ハブと固定ハブの中をオイルバスとすることができる。この結果、歯車の潤滑ができ、また発熱、騒音を防止できることから、高速で走る自動車、電車にも、この走行動力軽減機構が採用できる。また、シールワッシャー付ねじを回転ハブに設けることにより、ブレーキ系統（図示せず）のオイルによる損傷を未然に防ぐと同時に、オイル交換もタイヤに空気を入れるのと同様に容易にできる。
【００３２】
請求項８記載の発明によれば、車体本体からの駆動軸を車輪駆動短軸３４と連結し、固定ハブ３０を車体本体に連結することにより、駆動動力軽減機構付き車両ができあがる。即ち、既存の自動車等の車輪を本発明のアタッチメント式走行動力軽減機構付き車輪に交換できる。この結果、既存の自動車等に使用する石油等の化石燃料使用量を削減でき、かつ排出ガス量も軽減できる事から、地球温暖化等の地球規模の環境問題を一挙に軽減できる。
【００３３】
請求項９記載の発明によれば、左右の固定ハブ、回転ハブに設けた軸支機構に、車体本体のステーを連結すれば、固定ハブと回転ハブ内の機構を車体本体のステーで挟持できる。この結果、機構内のスプロケットをチェーンで駆動すれば、車体を軽く動かすことができる。この構造は、図１１、１２、図１５に示す、自転車４０の４１部やオートバイ８０の８１部にも適用できる。
【００３４】
請求項１０記載の発明によれば、駆動内歯歯車６０ｃを丸ハンドル６０ａと一体化することにより、図１３、図１４に示す如く、駆動動力軽減機構６２を車椅子６０にも取付けることができる。この結果、平地の走行労力が軽減できるばかりでなく、坂道も軽く上ることができ、車椅子の活動範囲を広げることができる。
【００３５】
その他の効果として、本発明は図１６、図１７に示す如く、各種荷役機械や電車等にも適用でき、石油等の化石燃料枯渇期間の延長と環境問題である排出ガス規制に対応できると同時に、今後の出力の少ない小型燃料電池や太陽電池でも、現状と同等の性能で自動車等の車両を走行させる事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
車輪のハブを車輪と一体の回転ハブと車体に固定される固定ハブにわけ、固定ハブで回転ハブを軸支し、両ハブの中に、メカニズムを内蔵させる。即ち、回転ハブに同心に内歯歯車、太陽歯車を設け、固定ハブで軸支される駆動軸の先端に内歯歯車と噛合う第１駆動歯車、中間歯車の大歯車と噛合う第２駆動歯車を設ける。中間歯車は、駆動軸で軸支される第１キャリアと太陽歯車軸に軸支される第２キャリアで軸支する。中間歯車はこれと一体に小歯車を持ち、小歯車と太陽歯車を噛合わせる。第２キャリアの他端は空転歯車を軸支する。空転歯車は内歯歯車と噛合う第１空転歯車と、中間歯車のもうひとつの大歯車と噛合う第２空転歯車で構成する。駆動軸は、車輪の最上部に設けテコとなる第２キャリアを垂直に維持する。
【実施例１】
【００３７】
図４は、本発明の１実施例を示す断面図、図５は図４のａ−ａ断面図、図６、図７は図４のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、図８は図６、図７の補足説明図である。
先ず構造を説明する。
６はタイヤ２ｃと一体のリム４をフランジ６ｄ部でボルト５により連結された回転ハブである。７は車体（図示せず）と一体となり、駆動軸１３を軸支し、回転ハブの６ｅ部及び固定ハブの７ｃ部で軸受９を介して、回転ハブを軸支する固定ハブである。１０は油密シールである。駆動軸１３は、固定ハブのボス７ｂ部で軸受１４により回転自在とし、車体からの駆動軸１１とユニバーサルジョイント１２で連結される。１５は油密シールである。
一方、回転ハブにはこれと一体同心に内歯歯車６ａ、太陽歯車６ｂを設ける。ハブ内の駆動軸１３には、内歯歯車６ａと噛合う第１駆動歯車２１、及び駆動軸１３で軸支される第１キャリア１６と太陽歯車の軸６ｃで軸支される第２キャリア２４の両方で軸支された中間歯車１９の大歯車１９ａと噛合う第２駆動歯車２０を設ける。１７、１８は第１キャリアに設けた軸受である。２５、２６は第２キャリア２４に設けた軸受である。小歯車２９は中間歯車１９の軸１９ｆにスプライン結合し、太陽歯車６ｂと噛合う。第２キャリアの他端には空転歯車軸２４ａを設け、空転歯車２８を軸支している。空転歯車は、内歯歯車６ａと噛合い第１駆動歯車２１と同じ歯数の第１空転歯車、中間歯車１９のもう一つの大歯車１９ｂと噛合い第２駆動歯車２０と同歯数の第２空転歯車２８ｂで構成されている。大歯車１９ａと大歯車１９ｂの歯数は同じである。
また、図５に示す如く、第１、第２駆動歯車２１、２０には、球状弾性体２０ａ、２１ａを内包する空間２１ｂ、２０ｂがあり、球状弾性体は軸１３に圧入された板２２、２３と歯車２１、２０の空間内壁に挟まれている。
【００３８】
次にこの動作を説明する。車体の駆動軸１１の動力は、ユニバーサルジョイント１２、駆動軸１３、駆動軸１３の板２３、２２、球状弾性体２１ａ、２０ａを通して、第１、第２駆動歯車２１、２０に伝わる。第１駆動歯車２１は直接内歯歯車６ａを回す。また、第２駆動歯車２０は大歯車１９ａ、及びこれと一体の小歯車２９を介して太陽歯車６ｂを回す。第１駆動歯車２１が回す車輪の回転方向と、第２駆動歯車２０が車輪を回す方向は中間歯車１９を介することにより、同一方向となる。
【００３９】
この結果、空転歯車の支点Ｏ２の位置が一定に保持され、中間歯車１９に働く作用反作用の力の差が第２キャリアの支点Ｏ３を押すことから、第２キャリアはテコのレバーとなり、支点Ｏ３に働く力が増幅されて、車軸芯Ｏ１を押し続けることになる。即ち、このテコの力による車輪の転倒モーメントが車体の駆動軸動力に付加され、結果的に駆動力が低減されるのである。
【実施例２】
【００４０】
図１０は既存の自動車等の車両にアタッチメント式に取付けられる本発明の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構の断面図である。図４との相違点は固定ハブ３０にある。即ち、駆動軸１３の一端をハブ内で止め、ハブボスの３０ａで駆動軸１３を軸受３８で回転自在、横移動不可に保持する。更に先端に第１駆動歯車２１と同歯数のピニオンを設ける。一方、固定ボス３０ｃに中心線で示す如く、太陽歯車６ｂと同心に駆動軸３４を軸受３５で回転自在、横移動不可に設ける。３６は油密シールである。駆動軸３４のハブ側にはスプライン３４ａで連結され、ピニオン３２と噛合う内歯歯車３３を設ける。内歯歯車３３の歯数は内歯歯車６ａと同数である。また、駆動軸３４の先端の軸３４ｂは固定ボス３０ｂに軸受３７で回転自在に保持し、駆動軸３４の取付けを強固にしている。
【００４１】
以上の構成から、固定ハブ３０を車体に連結し、駆動軸３４を従来の自動車等の駆動軸（図示せず）に連結すれば、既存の自動車等車両の駆動動力を容易に軽減できる。
【００４２】
図１２は本発明４１を図１１に示す自転車４０に適用した動力軽減機構の１実施例の断面図である。図１０との相違点は、固定ハブ４３の中心軸４４を、固定ボス４３ｂにボルト４５で固定し、他端を固定ボス４３の穴４３ｃに挿入し、固定ボスと一体化したこと。また、固定ボス４３ａ部で軸受５１により軸支される駆動軸５０の他端のセレーション５０ａにピニオン５２を圧入したこと。軸４４には、軸受５４で軸支されるスプロケット５３を取付け、一方向クラッチ５1ａを介してピニオン５２を回す内歯歯車５１を設けたこと。また、回転ボス４２を軸受４4ａ、カバー４５、ボルト４６で固定ボス４３上に回転自在に取付けたこと。回転ハブ４２の外周には２つのフランジ４２ｄを設け、自転車のタイヤを指示するスポーク４０ｄを取付けたこと。一方、固定ハブ４３の外部中心に軸４３を設け、これに自転車のステー４０ａをナット４８で固定したこと。また、回転ハブ４２の外周中心に軸４２ｃを設け、金具５５との間に軸受５６を設けたこと。この金具５５で自転車のもう一方のステーをナット５７で固定したこと。また、固定ボスには、チェーン取付け用穴４３ｅを設け、ボルト５９を固定ハブ４３の回り止めとした事である。
【００４３】
以上の構成から、動力軽減機構は２つの自転車のステーで保持され、かつ、チェーン４０ｃでスプロケット５３を駆動でき、スプロケットと一体の内歯歯車５１がピニオン５２を自転車進行方向に回すことから、自転車の駆動動力が軽減できる。
【実施例３】
【００４４】
図１２は本発明４１を図１１に示す自転車４０に適用した動力軽減機構の１実施例の断面図である。図１０との相違点は、固定ハブ４３中心軸４４を、固定ボス４３ｂにぼると４５で固定し、他端を固定ボス４３の穴４３ｃに挿入し、固定ボスと一体化したこと。また、固定ボス４３ａ部で軸受５１で軸支される駆動軸５０の他端のセレーション５０ａにピニオン５２を圧入したこと。軸４４には、軸受５４で軸支されるスプロケット５３を取付け、一方向クラッチ５１ａを介してピニオン５２を回す内歯歯車５１を設けたこと。また、回転ボス４２を軸受４４ａ、カバー４５、ボルト４６で固定ボス４３上に回転自在に取付けたこと。回転ハブ４２の外周には２つのフランジ４２ｄを設け、自転車のタイヤを指示するスポーク４０ｄを取付けたこと。一方、固定ハブ４３の外部中心に軸４３ｄを設け、これに自転車のステー４０ａをナット４８で固定したこと。また、回転ハブ４２の外周中心に軸４２ｃを設け、金具５５との間に軸受５６を設けたこと。この金具５５で自転車のもう一方のステーをナット５７で固定したこと。また、固定ボスには、チェーン取付け用穴４３ｅを設け、ボルト５９は固定ハブ４３の回り止めとしたことである。
【００４５】
以上の構成から、動力軽減機構は２つの自転車のステーで保持され、かつ、チェーン４０ｃでスプロケット５３を駆動でき、スプロケットと一体の内歯歯車５１がピニオン５２を自転車進行方向に回すことから、自転車の駆動動力軽減が達成される。
【実施例４】
【００４６】
図１４は、図１３に示す車椅子６０に本発明６２を適用した駆動動力軽減機構の断面図である。図１３において、６０ａは車椅子６０を手押しし、車輪６０ｂを回転させる手動丸ハンドルである。６０ｃは車輪６０ｂのスポーク、６０ｄは本発明による回転ハブ６３のフランジ６３ｄに連結され、手動丸ハンドル６０ａを支持するスポークである。図１４において、図１２との相違点は内歯歯車６０ｃを手動丸ハンドル６０ａのボス部で一体化し、固定ハブ６６の先端軸６６ａで軸受７３により回転自在とし、ナット７４で固定ハブ６６に一体化したこと。また、回転ハブ６３の外側中央部に回転ハブと一体となる軸６３ｃを設け、車椅子６０のボス６０ｅで軸受６４を介し車輪６０ｂを回転自在に保持したことである。６５は連結固定ナットである。また、６１は車椅子６０に固定したステーで、これと固定ハブ６６ｃを６１ａ部で一体化し、固定ハブの回り止めをするものである。
【００４７】
以上の構成から、車椅子６０は車輪６０bで走行できる。一方、手動丸ハンドルを回すと内歯
歯車６０ｃが回り、ハブ内の駆動動力軽減機構が働き、手動丸ハンドルの回す力が軽減できる。従って、車椅子に乗る人の労力が軽減でき、坂道も上れ、活動範囲が広くなる。
【実施例５】
【００４８】
図１５は本発明８１をオートバイに適用した１実施例である。図１２と異なる点は、自転車にはある一方向クラッチ５１ａがオートバイには不要の１点だけである。
【実施例６】
【００４９】
図１６は荷役機械８５に本発明の図４または図１０の駆動動力軽減機構を設けた１実施例である。
【実施例７】
【００５０】
図１７は電車９０に本発明の図４または図１０の駆動動力軽減機構を設けた１実施例である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来例の自動車外観図である。
【図２】従来例の車輪断面図である。
【図３】従来例の駆動動力計算図である。
【図４】本発明による車輪ハブにもうける遊星歯車式走行動力軽減機構の断面図である。
【図５】図４のａ−ａ断面図である。
【図６】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】図６、図７の補足説明図である。
【図９】本発明の効果説明図である。
【図１０】本発明をアタッチメント式とした１実施例を示す断面図である。
【図１１】従来の自転車に本発明の機構を付けた説明図である。
【図１２】本発明による自転車用遊星歯車式走行動力軽減機構の断面図である。
【図１３】従来の車椅子に本発明の機構を付けた説明図である。
【図１４】本発明による車椅子用遊星歯車式動力軽減機構の断面図である。
【図１５】本発明をオートバイに適用したときの説明図である。
【図１６】本発明を荷役機械に適用したときの説明図である。
【図１７】本発明を電車に適用したときの説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１：自動車 ２、３：ハブ ２ａ：駆動軸 ２ｂ、３ｂ、４：リム
２ｃ、３ｃ：タイヤ ６：回転ハブ ６ａ：内歯歯車 ６ｂ：太陽歯車
６ｃ：太陽歯車軸 ６ｄ：フランジ ７、３０：固定ハブ ７ｂ：ボス
９：軸受 １０：オイルシール １１：駆動軸
１２：ユニバーサルジョイント １３：駆動軸 １４：軸受
１５：オイルシール １６：第１キャリア １７、１８：軸受
１９：中間歯車 １９ａ、１９ｂ：大歯車 １９ｆ：スプライン
２１：第１駆動歯車 ２０：第２駆動歯車 ２１ａ、２０ａ：球状弾性体
２２、２３：板 ２４：第２キャリア ２４ａ：空転歯車軸
２５、２６、２７：軸受 ２８：空転歯車 ２８ａ：第１空転歯車
２８ｂ：第２空転歯車 ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ：ボス ３１：駆動軸
３１ａ：スプライン ３２：ピニオン ３３：内歯歯車 ３４：駆動短軸
３４ａ：スプライン ３４ｂ：軸 ３５：軸受 ３６：オイルシール
３７、３８：軸受 ４０：自転車 ４０ａ、４０ｂ：ステー
４０ｃ：チェーン ４０ｄ：スポーク ４１：駆動力軽減機構
４２：回転ハブ ４２ｃ：軸 ４２ｄ：フランジ ４３：固定ハブ
４３ａ、４３ｂ：ボス ４３ｅ：穴 ４４：軸 ４４ａ：軸受
４７、４８：ナット ５０ａ：セレーション ５１ａ：一方向クラッチ
５２：ピニオン ５５：金具 ５９：回り止め ６０：車椅子
６０ａ：手動丸ハンドル ６０ｂ：タイヤ ６０ｅ：内歯歯車
６１：ステー ６２：動力軽減機構 ６６：固定ボス ６６ａ：軸
８０：オートバイ ８５：荷役機械 ９０：電車
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車等車輪の走行時回転する回転ハブ６中心に、同軸に内歯歯車６ａと太陽歯車６ｂを固定した遊星歯車式動力伝達機構において、固定ハブ７に軸支され、車体本体からの動力伝達軸１１とユニバーサルジョイントで結合される駆動軸１３の車輪側先端に、第１、第２の駆動歯車を設け、第１駆動歯車２１を内歯歯車に、第２駆動歯車２０を第１キャリア１６と第２キャリア２４で軸支される中間歯車１９の大歯車１９ａに噛合せ、更にこれと一体の小歯車２９を太陽歯車６ｂに噛合せ、また、第２キャリアの中間部を太陽歯車軸６ｃで回転自在とし、一端に小歯車２９を、他端に内歯歯車６ａと大歯車１９ｂにそれぞれ噛合い互いに一体となる第１空転歯車２８ａ、第２空転歯車２８ｂを軸支し、また各歯車の歯数を、歯車の回転角と太陽歯車の回転角が同じになるように設定することを特徴とする車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項２】
前記第１、第２駆動歯車と駆動軸の間において、第１、第２駆動歯車に駆動軸側に開口部を持つ空間を設け、軸に圧入された球状の凹みを持つ板と球状の弾性体をこの空間に入れ、かつ球状の弾性体を空間の歯車壁と軸圧入板とで挟持することを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項３】
前記車輪駆動軸の駆動歯車を、内歯歯車を駆動する第１駆動歯車、大歯車を駆動する第２駆動歯車の２つに分割したことを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項４】
前記中間歯車の大歯車を内歯歯車との干渉を避けて、歯幅中央部を凹形状とし、一方を第２駆動歯車に、他方を第２空転歯車に噛合うようにしたことを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項５】
前記第１、第２駆動歯車軸と、第１、第２空転歯車軸を、内歯歯車との噛合い中間部で別々の軸に分割したことを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項６】
前記車輪駆動軸および空転歯車軸を車輪の最上部に設けたことを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項７】
前記回転ハブと固定ハブの間および車体本体からの駆動軸と固定ハブの間に軸受と油密シールを設け、かつシールワッシャ付ねじを回転ハブに設けたことを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項８】
前記第１、第２駆動歯車軸を、固定ハブ内に収納し、車体側にピニオンを設け、車輪中心の固定ハブで軸支される車輪駆動短軸のハブ中側に、ピニオンと噛合う内歯歯車を設けたことを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項９】
前記車輪駆動短軸の内歯歯車の反対側にスプロケットを設け、固定ハブに動力伝達チェーンの通過穴を明け、更に固定ハブ、回転ハブの両外側に車体本体を軸支可能とする軸受部を設けたことを特徴とする請求項１０記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項１０】
前記ピニオン駆動用内歯歯車を、車輪と同軸平行の手動ハンドルと一体化し、回転ハブで軸支する固定ハブを、車体本体のステーで回転不可としたことを特徴とする請求項１０記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項１】
自動車等車輪の走行時回転する回転ハブ６中心に、同軸に内歯歯車６ａと太陽歯車６ｂを固定した遊星歯車式動力伝達機構において、固定ハブ７に軸支され、車体本体からの動力伝達軸１１とユニバーサルジョイントで結合される駆動軸１３の車輪側先端に、第１、第２の駆動歯車を設け、第１駆動歯車２１を内歯歯車に、第２駆動歯車２０を第１キャリア１６と第２キャリア２４で軸支される中間歯車１９の大歯車１９ａに噛合せ、更にこれと一体の小歯車２９を太陽歯車６ｂに噛合せ、また、第２キャリアの中間部を太陽歯車軸６ｃで回転自在とし、一端に小歯車２９を、他端に内歯歯車６ａと大歯車１９ｂにそれぞれ噛合い互いに一体となる第１空転歯車２８ａ、第２空転歯車２８ｂを軸支し、また各歯車の歯数を、歯車の回転角と太陽歯車の回転角が同じになるように設定することを特徴とする車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項２】
前記第１、第２駆動歯車と駆動軸の間において、第１、第２駆動歯車に駆動軸側に開口部を持つ空間を設け、軸に圧入された球状の凹みを持つ板と球状の弾性体をこの空間に入れ、かつ球状の弾性体を空間の歯車壁と軸圧入板とで挟持することを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項３】
前記車輪駆動軸の駆動歯車を、内歯歯車を駆動する第１駆動歯車、大歯車を駆動する第２駆動歯車の２つに分割したことを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項４】
前記中間歯車の大歯車を内歯歯車との干渉を避けて、歯幅中央部を凹形状とし、一方を第２駆動歯車に、他方を第２空転歯車に噛合うようにしたことを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項５】
前記第１、第２駆動歯車軸と、第１、第２空転歯車軸を、内歯歯車との噛合い中間部で別々の軸に分割したことを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項６】
前記車輪駆動軸および空転歯車軸を車輪の最上部に設けたことを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項７】
前記回転ハブと固定ハブの間および車体本体からの駆動軸と固定ハブの間に軸受と油密シールを設け、かつシールワッシャ付ねじを回転ハブに設けたことを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項８】
前記第１、第２駆動歯車軸を、固定ハブ内に収納し、車体側にピニオンを設け、車輪中心の固定ハブで軸支される車輪駆動短軸のハブ中側に、ピニオンと噛合う内歯歯車を設けたことを特徴とする請求項１記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項９】
前記車輪駆動短軸の内歯歯車の反対側にスプロケットを設け、固定ハブに動力伝達チェーンの通過穴を明け、更に固定ハブ、回転ハブの両外側に車体本体を軸支可能とする軸受部を設けたことを特徴とする請求項１０記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【請求項１０】
前記ピニオン駆動用内歯歯車を、車輪と同軸平行の手動ハンドルと一体化し、回転ハブで軸支する固定ハブを、車体本体のステーで回転不可としたことを特徴とする請求項１０記載の車輪ハブに設ける遊星歯車式走行動力軽減機構。
【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】
【図１７】
【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】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−８３９３５（Ｐ２００６−８３９３５Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６８７７０（Ｐ２００４−２６８７７０）
【出願日】平成１６年９月１５日（２００４．９．１５）
【出願人】（５００２０６７２２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１５日（２００４．９．１５）
【出願人】（５００２０６７２２）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]