JP7736751B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置に関する。

従来、機械を作動させるための動力源として、ゼンマイ式の駆動装置が知られている。ゼンマイ式の駆動装置は、内蔵されたゼンマイばねを巻き上げることでエネルギー（付勢力）を蓄積し、ゼンマイばねのエネルギーを解放することで回転トルクを生み出すように、構成されている。これに関連して、例えば、特許文献１には、自転車に搭載され、ブレーキ時にエネルギーを蓄積するゼンマイ式の駆動装置が開示されている。

特開２０００－２２９５９５号公報 特開２０２０－０２９８９３号公報

ゼンマイばねは蓄積できるエネルギー量が少ないため、機械を継続的に作動させるためには、巻き上げ作業を頻繁に行ってエネルギーを蓄積する必要があるが、従来のゼンマイ式の駆動装置は、エネルギーを蓄積することができるのはブレーキ時であり、走行中にエネルギーを蓄積できるものではなかった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、人力を動力とする乗物に適用される駆動装置において、任意のタイミングでエネルギーの蓄積や解放を行うことができる技術を提供することである。

本発明の一側面に係る駆動装置は、
第１方向への回転と前記第１方向とは逆方向の第２方向への回転とのうち前記第１方向への回転のみが従動軸に伝達されるように設けられる、駆動軸と、
前記駆動軸が前記第２方向に回転することで、前記駆動軸を前記第１方向へ回転させるためのエネルギーを蓄積する、蓄力部と、
前記駆動軸を前記第２方向へ回転させるために操作される操作部と、
前記駆動軸に取り付けられたローター部と、
前記ローター部に対する前記駆動軸の前記第２方向への回転を許容し且つ前記ローター部に対する前記駆動軸の前記第１方向への回転を規制する、クラッチ部と、
前記ローター部の前記第１方向への回転の抑制と前記抑制の解除とを切り替え可能な、回転抑制部と、を備える。

本発明において、
前記蓄力部は、前記駆動軸の前記第２方向への回転により巻き上げられることで前記エネルギーを蓄積する、ゼンマイばねを有してもよい。

本発明において、
前記ローター部は、前記駆動軸の径方向外側へ張り出した円盤状のプレート部を有し、
前記回転抑制部は、前記プレート部を駆動軸の軸方向から挟持することで前記ローター部の前記第１方向への回転を抑制してもよい。

本発明に係る駆動装置は、
前記駆動軸に取り付けられ、前記駆動軸の動力を前記従動軸に伝達するためのプーリーを更に備えてもよい。

本発明に係る駆動装置は、
前記駆動軸に取り付けられ、前記駆動軸の動力を前記従動軸に伝達するための歯車機構を更に備えてもよい。

本発明において、
前記操作部は、
前記第１方向への回転と前記第２方向への回転とのうち前記第２方向への回転のみが前記駆動軸に伝達するように前記駆動軸に取り付けられた、ピニオンギヤと、
前記ピニオンギヤに噛み合う係合歯が上下に配列され、踏み込み操作により下降することで前記ピニオンギヤを前記第２方向へ回転させる、ラックギヤと、
前記踏み込み操作により下降した前記ラックギヤを上方へ付勢することで元の位置に復帰させる、付勢部と、を有してもよい。

本発明によれば、人力を動力とする乗物に適用される駆動装置において、任意のタイミングでエネルギーの蓄積や解放を行うことができる。

図１は、実施形態１に係る駆動装置の構成を説明するための概略図である。 図２は、実施形態１に係る駆動装置の左側面図である。 図３は、実施形態１に係る駆動装置の上面図である。 図４は、実施形態１に係る駆動装置を搭載した自転車の左側面図である。 図５は、実施形態２に係る駆動装置の構成を説明するための概略図である。 図６は、実施形態３に係る駆動装置の構成を説明するための概略図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、及び、その相対配置等は、特に記載がない限りは本発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

なお、本発明に係る駆動装置の適用対象となる乗物は、人力を動力として利用するものであれば、特に限定されず、車両であってもよいし、船舶であってもよい。本発明の適用対象となる乗物は、例えば、自転車やキックスケーター等に例示される陸上移動用の乗物であってもよいし、足漕ぎボート、フロートボート等に例示される水上移動用の乗物であってもよい。また、本発明の適用対象となる乗物は、人力以外の力も動力として利用するものであってもよく、例えば、電力を利用してもよい。また、「人力を動力として利用する」とは、本発明に係る駆動装置を人力により作動させて補助動力として利用する場合も含み、主たるの動力として人力以外の力を利用してもよい。このような乗物としては、電力を主たる動力とする電動式バイクを例示することができる。

また、本明細書において、ワンウェイクラッチの方式は特に限定されず、スプラグ式やカム式などを採用することができる。

＜実施形態１＞
［概略構成］
図１は、実施形態１に係る駆動装置１００の構成を説明するための概略図である。図１では、駆動装置１００を模式的に図示している。また、図１に、駆動装置１００の「前後方向」、「上下方向」、及び「左右方向」を示す。これらの各方向は、駆動装置１００を乗物に適用した場合における当該乗物の「前後方向」、「上下方向」、及び「左右方向」に対応している。但し、これらの各方向は、本実施形態の各構成要素の相対的な位置関係を示すものに過ぎない。図２は、実施形態１に係る駆動装置１００の左側面図である。図３は、実施形態１に係る駆動装置１００の上面図である。

実施形態１に係る駆動装置１００は、人力を動力とする乗物の一例として、自転車に適用することができる。図１には、駆動装置１００の適用対象である自転車２００（図２参照）の構成である、後輪２０、従動プーリー６０、チェーン７０、従動軸８０、及びワンウェイクラッチ２０１が図示されている。従動軸８０は、左右方向に沿って延在する軸部材であり、軸線Ａ２回りに回転可能である。後輪２０は、従動軸８０と一体的に回転するように設けれられている。ここで、従動軸８０の軸線Ａ２回りの回転方向について、乗物（本例では自転車２００）が前進するときの回転方向を前転方向Ｒ３とし、乗物が後退するときの回転方向を後転方向Ｒ４とする。駆動装置１００は、従動軸８０に動力を伝達することで従動軸８０を前転方向Ｒ３へ回転させるように、構成されている。また、図２及び図３の符号１０は、自転車２００の本体部を示す。本明細書において、「乗物の本体部」とは、乗物の主たる構造体のことを指す。乗物が車両である場合には車体が本体部であり、乗物が船舶である場合には船体が本体部となる。本実施形態における本体部１０は、具体的には、自転車２００の車体を構成するフレームである。駆動装置１００は、本体部１０に取り付けられる。

図１に示すように、駆動装置１００は、駆動軸１、蓄力部２、操作部３、ブレーキローター４（本発明に係る「ローター部」の一例）、ワンウェイクラッチ５（本発明に係る「クラッチ部」の一例）、ブレーキキャリパー６（本発明に係る「回転抑制部」の一例）、及び駆動プーリー７を備える。以下、図１～図３を参照して、駆動装置１００の各構成について説明する。

［駆動軸１］
駆動軸１は、左右方向に沿って延在する軸部材である。駆動軸１は、軸線Ａ１回りの第１方向Ｒ１及び第１方向Ｒ１とは逆方向の第２方向Ｒ２へ回転可能である。詳細については後述するが、駆動軸１は、第１方向Ｒ１への回転と第２方向Ｒ２への回転とのうち、第１方向Ｒ１への回転のみが従動軸８０に伝達されるように設けられている。なお、以下の説明において、「軸方向」とは、特に指定がない限り、駆動軸１の延在方向（つまり、本例では左右方向）のことを指すものとする。駆動軸１は、自転車２００の本体部１０に回転可能に軸支されている。駆動軸１の両端部は、本体部１０から延出している。

［蓄力部２］
蓄力部２は、駆動軸１が第２方向Ｒ２へ回転すると、駆動軸１を第１方向Ｒ１へ回転させるためのエネルギー（付勢力）を蓄積する装置である。蓄力部２は、一例として、所謂ゼンマイモータとして構成されている。具体的には、蓄力部２は、駆動軸１に取り付けられたゼンマイばね２１と、ゼンマイばね２１を収容するケース２２と、を有する。

ゼンマイばね２１は、板状の弾性部材が駆動軸１回りに渦巻き状に巻回されることで形成されており、その中心側の端部が駆動軸１に固定されている。ゼンマイばね２１は、駆動軸１が第２方向Ｒ２へ回転すると、巻き上げられ、弾性変形することで、駆動軸１への付勢力となるエネルギーを蓄積する。このエネルギーは、具体的には、ゼンマイばね２１の弾性エネルギーである。ゼンマイばね２１が巻き上げられた状態で駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転が許容されると、ゼンマイばね２１が弾性復帰することで、蓄積されていた
エネルギーが解放（放出）される。これにより、解放されたエネルギーを動力として、駆動軸１が第１方向Ｒ１へ回転する。

また、蓄力部２は、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転によりゼンマイばね２１が巻き戻されて巻き数がゼロになったときに、ゼンマイばね２１が逆側に巻かれることを防止する、逆巻き防止機構（不図示）を有する。逆巻き防止機構には、公知の技術を用いることができる。

ケース２２は、ゼンマイばね２１が収容される筐体であり、図３に示すように、乗物の本体部１０に固定される。

［操作部３］
操作部３は、駆動軸１を第２方向Ｒ２へ回転させるために使用者（例えば乗物の運転者）によって操作される装置である。図２に示すように、操作部３は、ピニオンギヤ３１、ラックギヤ３２、付勢部３３、ペダル３４、ワンウェイクラッチ３５、レール部材３６、及びスライド部材３７を有する。

ピニオンギヤ３１は、ワンウェイクラッチ３５を介して駆動軸１に取り付けられた平歯車であり、駆動軸１回りに回転可能である。ワンウェイクラッチ３５は、駆動軸１とピニオンギヤ３１との間に介装されている。ワンウェイクラッチ３５は、駆動軸１に対するピニオンギヤ３１の第１方向Ｒ１への回転（空転）を許容し、且つ、駆動軸１に対するピニオンギヤ３１の第２方向Ｒ２への回転を規制する。これにより、ピニオンギヤ３１は、第１方向Ｒ１への回転と第２方向Ｒ２への回転とのうち第２方向Ｒ２への回転のみが駆動軸１に伝達されるように、駆動軸１に取り付けられている。そのため、ピニオンギヤ３１の第２方向Ｒ２への回転は駆動軸１に伝達され、ピニオンギヤ３１と駆動軸１とが一体的に回転し、ピニオンギヤ３１の第１方向Ｒ１への回転は駆動軸１に伝達されず、ピニオンギヤ３１が空転する。また、ワンウェイクラッチ３５は、駆動軸１側に内蔵されてもよいし、ピニオンギヤ３１側に内蔵されてもよい。

レール部材３６は、上下方向に沿って延在する棒状部材であり、蓄力部２のケース２２に固定される。スライド部材３７は、レール部材３６に取り付けられ、レール部材３６に沿って上下方向にスライド可能な部材である。

ペダル３４は、左右方向に延在する棒状部材であり、スライド部材３７に固定され、スライド部材３７と一体的に上下移動する。ペダル３４は、側方（本例では左側）に延出しており、使用者によって踏み込み操作可能となっている。ペダル３４が踏み込み操作されることで、スライド部材３７が下方にスライドする。

ラックギヤ３２は、上下方向に沿って延在し、ピニオンギヤ３１と噛合い可能な部材である。ピニオンギヤ３１及びラックギヤ３２によって、ラックピニオン機構が構成されている。ラックギヤ３２は、スライド部材３７に固定され、スライド部材３７と一体的に上下移動する。ラックギヤ３２の側面には、ピニオンギヤ３１に噛み合う係合歯３２ａが上下に配列されている。ラックギヤ３２は、ピニオンギヤ３１に噛み合った状態でペダル３４に対する踏み込み操作によりスライド部材３７と共に下降することで、ピニオンギヤ３１を第２方向Ｒ２へ回転させる。

付勢部３３は、レール部材３６とスライド部材３７との間に介装され、上下方向に伸縮可能な弾性部材である。付勢部３３は、一例として、上下方向に延在するスプリングにより形成されている。付勢部３３は、踏み込み操作によりペダル３４が下降すると弾性変形することで上下方向に圧縮され、踏み込み操作が解除されると弾性復帰することでスライ
ド部材３７を介してラックギヤ３２を上方へ付勢する。これにより、付勢部３３は、踏み込み操作により下降したラックギヤ３２を元の位置（図３に示す初期位置）に復帰させる。

［ブレーキローター４］
図１に示すように、ブレーキローター４は、ワンウェイクラッチ５を介して駆動軸１に取り付けられた部材であり、駆動軸１回りに回転可能である。ブレーキローター４は、駆動軸１の径方向外側へ張り出した円盤状のプレート部４１を有する。

［ワンウェイクラッチ５］
ワンウェイクラッチ５は、駆動軸１とブレーキローター４との間に介装されている。ワンウェイクラッチ５は、ブレーキローター４に対する駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転（空転）を許容し、且つ、ブレーキローター４に対する駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転を規制する。これにより、ブレーキローター４は、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転と第２方向Ｒ２への回転とのうち第１方向Ｒ１への回転のみがブレーキローター４に伝達するように、駆動軸１に取り付けられている。そのため、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転はブレーキローター４に伝達され、駆動軸１とブレーキローター４が一体的に回転し、駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転はブレーキローター４に伝達されず、駆動軸１が空転する。また、ワンウェイクラッチ５は、駆動軸１側に内蔵されてもよいし、ブレーキローター４側に内蔵されてもよい。

［ブレーキキャリパー６］
ブレーキキャリパー６は、乗物の本体部１０に固定されており、ブレーキローター４と共にブレーキ機構を構成する。図３に示すように、ブレーキキャリパー６は、ブレーキローター４のプレート部４１に対して軸方向の両側に配置された、一対のブレーキパッド６１，６１を有する。ブレーキキャリパー６は、例えば、自転車２００のワイヤ２０２を介してハンドル４０（図４参照）と接続されており、使用者によるハンドル４０の操作に応じて、ブレーキパッド６１，６１によるプレート部４１の挟持と解放とを切り替え可能である。以下、ブレーキキャリパー６が作動し、ブレーキパッド６１，６１によってプレート部４１が挟持された状態を「ブレーキ作動状態」と称する。また、ブレーキキャリパー６が作動しておらず、ブレーキパッド６１，６１がプレート部４１を解放した状態を「ブレーキ解除状態」と称する。ブレーキ作動状態では、プレート部４１が軸方向からブレーキパッド６１，６１によって挟持されることで、ブレーキパッド６１，６１とプレート部４１との間の摩擦により、ブレーキローター４の回転が抑制される。また、ブレーキ解除状態では、ブレーキローター４が回転可能となる。これにより、ブレーキキャリパー６は、ブレーキローター４の第１方向Ｒ１への回転の抑制と抑制の解除とを切り替え可能である。駆動軸１とブレーキローター４とが一体的になって第１方向Ｒ１へ回転している状態でブレーキ解除状態からブレーキ作動状態へと切り替わることで、駆動軸１の回転が制動される。

［駆動プーリー７］
図１に示すように、駆動プーリー７は、駆動軸１の動力を従動軸８０に伝達するために駆動軸１に取り付けられ、駆動軸１の径方向外側へ張り出した円盤状の部材である。駆動プーリー７は、駆動軸１に固定されており、駆動軸１と一体的に回転する。駆動プーリー７には、例えば、自転車２００のチェーン７０が掛けられ、チェーン７０を介して駆動プーリー７と自転車２００の従動プーリー６０とが連結される。

［基本操作］
次に、駆動装置１００の基本的な操作について説明する。駆動装置１００の主な動作としては、駆動軸１を第１方向Ｒ１へ回転させるためのエネルギーを蓄積する、蓄力操作と
、蓄積されたエネルギーを解放することで駆動軸１を第１方向Ｒ１へ回転させる、解放操作と、が挙げられる。

［蓄力操作］
蓄力操作は、人力による操作部３に対する１回以上の踏み込み操作によって行われる。操作部３に対する踏み込み操作が行われていない状態では、スライド部材３７が付勢部３３により支持されることで、ラックギヤ３２は、図３に示す初期位置に保持される。初期位置は、ラックギヤ３２とピニオンギヤ３１とが噛み合わないように、ピニオンギヤ３１よりも上方の位置となっている。付勢部３３の弾性力に抗して操作部３のペダル３４が踏み込み操作されると、スライド部材３７と共にラックギヤ３２が下降し、付勢部３３が上下方向に圧縮される。そして、ラックギヤ３２が下降することで、ピニオンギヤ３１が第２方向Ｒ２へ回転する。ワンウェイクラッチ３５により、ピニオンギヤ３１の第２方向Ｒ２への回転が駆動軸１に伝達されることで、駆動軸１がピニオンギヤ３１と共に第２方向Ｒ２へ回転する。駆動軸１が第２方向Ｒ２に回転することで、蓄力部２のゼンマイばね２１が巻き上げられ、駆動軸１を第１方向Ｒ１へ回転させるためのエネルギーが蓄積される。

ここで、１回の踏み込み操作が完了し、踏み込み操作が解除されると、付勢部３３が弾性復帰することで、踏み込み操作により下降したラックギヤ３２が上昇して初期位置に復帰する。このとき、ピニオンギヤ３１は、ラックギヤ３２との噛み合いにより、第１方向Ｒ１へ回転することとなる。しかしながら、ワンウェイクラッチ３５により、ピニオンギヤ３１の第１方向Ｒ１への回転は駆動軸１に伝達されないため、ピニオンギヤ３１が駆動軸１に対して第１方向Ｒ１へ回転（空転）する。これにより、ラックギヤ３２が初期位置に復帰する際のピニオンギヤ３１の回転により駆動軸１が第１方向Ｒ１へ回転することが抑制される。つまり、ゼンマイばね２１が巻き戻されてエネルギーが解放されることが抑制される。そのため、１回の踏み込み操作ごとにゼンマイばね２１にエネルギーを蓄積することができる。

踏み込み操作を複数回繰り返して行うことで、ゼンマイばね２１の巻き上げ量を増加し、蓄力部２に蓄積されるエネルギーを増大させることができる。

ここで、ゼンマイばね２１が巻き上げられてエネルギーが蓄積された状態では、ゼンマイばね２１の弾性により、第１方向Ｒ１へ回転させようとする付勢力が駆動軸１に作用する。このとき、蓄力操作によりゼンマイばね２１に蓄積されたエネルギーは、ブレーキキャリパー６をブレーキ作動状態としておくことで、ゼンマイばね２１に保持しておくことができる。詳細には、ブレーキキャリパー６をブレーキ作動状態とすることで、ブレーキローター４の第１方向Ｒ１への回転が抑制される。そして、上述のように、ワンウェイクラッチ５により、ブレーキローター４に対する駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転は規制されているため、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転も抑制される。これにより、ゼンマイばね２１の付勢力により駆動軸１が第１方向Ｒ１へ回転することが抑制される。その結果、ゼンマイばね２１が巻き戻されてエネルギーが解放されることが抑制され、エネルギーを保持しておくことができる。なお、ブレーキ作動状態で蓄力操作を行ってもよいし、ブレーキ解除状態で蓄力操作を行って蓄力操作の完了後にブレーキ作動状態に切り替えてもよい。ブレーキ作動状態で蓄力操作を行う場合には、ワンウェイクラッチ５により、ブレーキローター４に対する駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転は規制される一方で第２方向Ｒ２への回転は許容されるため、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転を抑制しながらも蓄力操作を行うことができる。

［解放操作］
解放操作は、ゼンマイばね２１にエネルギーが蓄積された状態でブレーキキャリパー６
をブレーキ作動状態からブレーキ解除状態へと切り替えることで、行われる。ハンドル４０の操作により、ブレーキキャリパー６をブレーキ作動状態からブレーキ解除状態へと切り替えると、ブレーキローター４の第１方向Ｒ１への回転が可能となる。これにより、ブレーキローター４を介してブレーキキャリパー６により抑制されていた駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転が許容される。その結果、ゼンマイばね２１に蓄積されたエネルギーが解放され、駆動軸１が第１方向Ｒ１へ回転する。

［自転車２００］
次に、実施形態１に係る駆動装置１００を自転車２００に適用した例について説明する。図４は、実施形態１に係る駆動装置１００を搭載した自転車２００の左側面図である。図１に示すように、自転車２００は、車体である本体部１０、駆動輪である後輪２０、操舵輪である前輪３０、運転操作のためのハンドル４０、自転車２００の運転者が着座するサドル５０、及びハンドル４０のブレーキ操作を駆動装置１００のブレーキキャリパー６に伝達するワイヤ２０２を備える。また、図１に示すように、自転車２００は、従動プーリー６０、チェーン７０、従動軸８０、及びワンウェイクラッチ２０１を備える。

図１に示すように、後輪２０は、従動軸８０に固定されており、従動軸８０と一体的に回転する。従動プーリー６０は、ワンウェイクラッチ２０１を介して従動軸８０に取り付けられた円盤状の部材であり、チェーン７０を介して駆動装置１００の駆動プーリー７と連結される。チェーン７０は、駆動装置１００の動力を従動プーリー６０に伝達する。

駆動軸１が第１方向Ｒ１へ回転すると、従動プーリー６０が前転方向Ｒ３へ回転し、駆動軸１が第２方向Ｒ２へ回転すると、従動プーリー６０が後転方向Ｒ４へ回転する。ここで、従動軸８０と従動プーリー６０との間に介装されたワンウェイクラッチ２０１は、従動軸８０に対する従動プーリー６０の後転方向Ｒ４への回転（空転）を許容し、且つ、従動軸８０に対する従動プーリー６０の前転方向Ｒ３への回転を規制する。これにより、従動プーリー６０は、従動プーリー６０の前転方向Ｒ３への回転と後転方向Ｒ４への回転とのうち前転方向Ｒ３への回転のみが従動軸８０に伝達するように、従動軸８０に取り付けられている。その結果、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転と第２方向Ｒ２への回転とのうち、第１方向Ｒ１への回転のみが従動軸８０に伝達される。そのため、駆動軸１が第１方向Ｒ１へ回転すると、従動プーリー６０と従動軸８０とが一体的に前転方向Ｒ３へ回転する。一方、駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転は従動軸８０に伝達されず、従動プーリー６０が後転方向Ｒ４へ空転する。

［運転操作］
以下に、駆動装置１００を搭載した自転車２００の運転操作について、図１～図４を参照して説明する。但し、以下に説明する運転操作は、一例であり、本発明を適用した乗物の運転操作は、以下に限定されない。

先ず、運転を開始する前の自転車２００が停止した状態（以下、走行停止状態）では、蓄力部２のゼンマイばね２１には巻き上げによるエネルギーは蓄積されておらず、操作部３のラックギヤ３２は、ピニオンギヤ３１とは噛み合わないように、図３に示す初期位置に維持されている。また、ブレーキキャリパー６は、ブレーキ解除状態となっている。

次に、運転者が自転車２００に乗り（詳細には、サドル５０に着座し）、上述の蓄力操作を行うことで、蓄力部２のゼンマイばね２１にエネルギーを蓄積させる。蓄力操作では、踏み込み操作によるラックギヤ３２の下降動作に伴って駆動軸１が第２方向Ｒ２へ回転することで、ゼンマイばね２１が巻き上げられ、エネルギーが蓄積される。駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転が駆動プーリー７及びチェーン７０を介して自転車２００の従動プーリー６０に伝達されることで、従動プーリー６０は後転方向Ｒ４へ回転する。しかしなが
ら、上述のように、ワンウェイクラッチ２０１により、従動プーリー６０の後転方向Ｒ４への回転は従動軸８０には伝達されないため、従動プーリー６０は空転する。このように、駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転は従動軸８０には伝達されないため、蓄力操作によって従動軸８０が後転方向Ｒ４に回転して自転車２００が後退することが抑制されている。また、走行停止状態における蓄力操作中は、ブレーキキャリパー６をブレーキ解除状態のままとしてもよいし、ブレーキ作動状態としてもよい。複数回の踏み込み操作を繰り返すことで、蓄積されるエネルギーを増大することができる。

少なくとも蓄力操作の完了後にブレーキキャリパー６をブレーキ作動状態とすることで、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転が抑制され、ゼンマイばね２１にエネルギーが蓄積された状態が保持される。これにより、上述の解放操作により自転車２００を走行可能な状態となる。

次に、ゼンマイばね２１にエネルギーが蓄積された状態で解放操作を行うことで、蓄積されたエネルギーを解放させ、自転車２００を走行させる（前進させる）。解放操作では、ハンドル４０の操作によりブレーキキャリパー６をブレーキ作動状態からブレーキ解除状態へと切り替える。これにより、ゼンマイばね２１に蓄積されたエネルギーが解放され、駆動軸１が第１方向Ｒ１へ回転する。駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転が駆動プーリー７及びチェーン７０を介して自転車２００の従動プーリー６０に伝達されることで、従動プーリー６０が前転方向Ｒ３へ回転する。上述のように、ワンウェイクラッチ２０１により、従動プーリー６０の前転方向Ｒ３への回転は従動軸８０に伝達される。そのため、従動プーリー６０と従動軸８０と後輪２０とが一体的に前転方向Ｒ３へ回転し、自転車２００が前進する。このようにして、駆動装置１００の動力による自転車２００の走行（駆動走行）が開始される。駆動走行中、ピニオンギヤ３１は駆動軸１と一体的に第１方向Ｒ１へ回転しており、ラックギヤ３２は初期位置に待機している。

駆動走行を続けることでゼンマイばね２１が巻き戻され、蓄積されたエネルギーが尽きると、自転車２００は、慣性により前進を続ける慣性走行に移行する。慣性走行時では、駆動軸１の回転は停止しており、後輪２０は自転車２００に作用する慣性により前転方向Ｒ３へ回転する。このとき、後輪２０と共に従動軸８０も前転方向Ｒ３へ回転するが、ワンウェイクラッチ２０１により、従動軸８０が従動プーリー６０に対して空転するため、従動軸８０の前転方向Ｒ３への回転は駆動軸１に伝達されない。

慣性走行の継続に伴い慣性が失われることで、自転車２００は徐々に失速する。慣性走行中に自転車２００に動力を付与し、加速させるためには、上述の蓄力操作を行うことで駆動走行に移行すればよい。慣性走行中における蓄力操作は、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転を抑制するために、ブレーキキャリパー６をブレーキ作動状態にした状態で行う。蓄力操作の完了後、ブレーキキャリパー６をブレーキ解除状態へと切り替えることで、蓄力操作によりゼンマイばね２１に蓄積されたエネルギーを解放し、駆動走行へと移行する。

なお、蓄力操作は、駆動走行中、慣性走行に移行する前に行ってもよい。駆動走行中におけるゼンマイばね２１のエネルギーの解放が継続している状態で、蓄力操作によりエネルギーを追加的に蓄積することで、自転車２００に動力を継続的に付与することができる。これにより、駆動走行を継続させ、航続距離を長くすることができる。駆動走行中における蓄力操作は、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転を許容して駆動走行を継続するために、ブレーキキャリパー６をブレーキ解除状態にして行う。

以上のように、駆動装置１００を搭載した自転車２００の運転では、任意のタイミングでエネルギーの蓄積と解放とを行うことができる。必要なタイミングでエネルギーの蓄積
及び解放を行うことで、駆動走行を継続させることができ、長距離の駆動走行が可能となる。なお、自転車２００の走行を停止するには、自転車２００に別途設けられた走行停止用のブレーキ機構（不図示）を作動させることで、自転車２００を制動する。これにより、自転車２００が走行停止状態となる。

［作用・効果］
以上のように、実施形態１に係る駆動装置１００は、駆動軸１、蓄力部２、操作部３、ブレーキローター４、ワンウェイクラッチ５、及びブレーキキャリパー６を備える。駆動軸１は、第１方向Ｒ１への回転と第２方向Ｒ２への回転とのうち第１方向Ｒ１への回転のみが従動軸８０に伝達されるように設けられている。蓄力部２は、駆動軸１が第２方向Ｒ２に回転することで、駆動軸１を第１方向Ｒ１へ回転させるためのエネルギーを蓄積する。操作部３は、駆動軸１を第２方向Ｒ２へ回転させるために操作される。ワンウェイクラッチ５は、ブレーキローター４に対する駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転（空転）を許容し且つ第１方向Ｒ１への回転を規制する。そして、ブレーキキャリパー６は、ブレーキローター４の第１方向Ｒ１への回転の抑制と抑制の解除とを切り替え可能である。

このような駆動装置１００によると、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転をブレーキキャリパー６によって抑制した状態で、駆動軸１を第１方向Ｒ１へ回転させるためのエネルギーを蓄力部２に蓄積させることができる。また、蓄力部２にエネルギーが蓄積された状態でブレーキキャリパー６による駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転の抑制を解除することで、エネルギーを解放することができる。これによると、操作部３の操作により、乗物の停止中や走行中にエネルギーの蓄積や解放を行うことができる。つまり、駆動装置１００によると、任意のタイミングでエネルギーの蓄積や解放を行うことが可能となる。その結果、乗物を継続的に駆動させることが可能となる。

なお、上述の実施形態では、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転により従動軸８０が前転方向Ｒ３に回転するように構成されていたが、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転により従動軸８０が後転方向Ｒ４に回転するように構成されてもよい。つまり、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転により、乗物が後退してもよい。

また、本実施形態に係る蓄力部２は、駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転により巻き上げられることでエネルギーを蓄積する、ゼンマイばね２１を有する。これにより、駆動軸１を第２方向Ｒ２へ回転させることで、エネルギーを蓄積することができる。なお、本発明に係る蓄力部がエネルギーを蓄積する手段は、ゼンマイばねに限定されない。

また、本実施形態に係るブレーキローター４は、駆動軸１の径方向外側へ張り出した円盤状のプレート部４１を有し、ブレーキキャリパー６は、プレート部４１を駆動軸１の軸方向から挟持可能である。これにより、ブレーキローター４の第１方向Ｒ１への回転を抑制することができる。

また、本実施形態に係る駆動装置１００は、駆動軸１に取り付けられた駆動プーリー７を更に備える。これにより、駆動軸１の動力を従動軸８０に伝達することができる。

また、本実施形態に係る操作部３は、ピニオンギヤ３１とラックギヤ３２と付勢部３３とを備える。ピニオンギヤ３１は、第１方向Ｒ１への回転と第２方向Ｒ２への回転とのうち第２方向Ｒ２への回転のみが駆動軸１に伝達するように駆動軸１に取り付けられる。ラックギヤ３２は、ピニオンギヤ３１に噛み合う係合歯３２ａが上下に配列され、踏み込み操作により下降することでピニオンギヤ３１を第２方向Ｒ２へ回転させる。付勢部３３は、踏み込み操作により下降したラックギヤ３２を上方へ付勢することで初期位置（元の位置）に復帰させる。操作部３を上記のように構成することで、操作部３に対する踏み込み
操作によって、駆動軸１を第２方向Ｒ２へ回転させることができる。また、付勢部３３によってラックギヤ３２が初期位置に復帰するため、踏み込み操作を複数回繰り返し行うことが可能となる。踏み込み操作を複数回繰り返し行うことで、蓄力部２に蓄積されるエネルギーを増大させることができる。

＜実施形態２＞
図５は、実施形態２に係る駆動装置１００Ａの構成を説明するための概略図である。図５では、駆動装置１００Ａを模式的に図示している。以下、実施形態２に係る駆動装置１００Ａについて、実施形態１に係る駆動装置１００との相違点を主に説明し、駆動装置１００と同様の点については同一の符号を付すことにより詳細な説明は割愛する。

実施形態２に係る駆動装置１００Ａは、人力を動力とする乗物の一例として、水車を推進器として用いる船舶に適用することができる。水車を推進器として用いる船舶としては、例えば、外車船が例示される。

図５に示すように、駆動装置１００Ａは、駆動プーリー７に代えて水車８及びワンウェイクラッチ９を備える点で、上述の駆動装置１００と相違する。水車８は、ワンウェイクラッチ９を介して駆動軸１に取り付けられており、駆動軸１回りに回転可能である。水車８は、駆動軸１に取り付けられる軸部８１と軸部８１の外周に設けられた羽根８２とを有する。軸部８１は、本発明に係る「従動軸」に相当する。軸部８１は駆動軸１と同軸に配置されているため、実施形態２では、第１方向Ｒ１が実施形態１における前転方向Ｒ３に対応し、第２方向Ｒ２が実施形態１における後転方向Ｒ４に対応する。ワンウェイクラッチ９は、駆動軸１と水車８の軸部８１との間に介装されている。ワンウェイクラッチ９は、水車８に対する駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転（空転）を許容し、且つ、水車８に対する駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転を規制する。これにより、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転と第２方向Ｒ２への回転とのうち、第１方向Ｒ１への回転のみが水車８に伝達する。そのため、駆動軸１が第１方向Ｒ１へ回転すると、水車８が駆動軸１と一体的に第１方向Ｒ１へ回転する。一方、駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転は水車８に伝達されず、駆動軸１が空転する。

駆動装置１００Ａの蓄力操作では、ペダル３４の踏み込み操作により駆動軸１が第２方向Ｒ２に回転することで、蓄力部２のゼンマイばね２１が巻き上げられ、駆動軸１を第１方向Ｒ１へ回転させるためのエネルギーが蓄積される。このとき、ワンウェイクラッチ９により、駆動軸１が水車８に対して空転するため、駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転は水車８に伝達されない。そのため、蓄力操作中に水車８が第２方向Ｒ２へ回転して船舶が後退することが抑制されている。

ゼンマイばね２１にエネルギーが蓄積された状態で解放操作を行うことで、蓄積されたエネルギーを解放させ、駆動軸１を第１方向Ｒ１へ回転させる。このとき、ワンウェイクラッチ９により、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転が水車８に伝達されるため、駆動軸１と水車８とが一体的に第１方向Ｒ１へ回転する。これにより、水車８の羽根８２によって前方への推力が発生し、船舶が前進する。

なお、駆動装置１００Ａは、ワンウェイクラッチ９の規制方向を切り替えるクラッチ切替機構と、外部の動力により水車８を回転操作するための外部動力伝達機構と、を備えてもよい。クラッチ切替機構は、例えばスイッチ操作により、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転と第２方向Ｒ２への回転とのうち、第１方向Ｒ１への回転のみが水車８に伝達する状態（正転状態）と、第２方向Ｒ２への回転のみが水車８に伝達する状態（逆転状態）と、を切り替え可能とする。外部動力伝達機構は、例えば、手動により水車８を回転させるためのハンドルを含んでもよい。クラッチ切替機構によりワンウェイクラッチ９を逆転状態
とし、外部動力伝達機構により人力で水車８を第２方向Ｒ２へ回転操作することで、船舶を後退させることができる。

＜実施形態３＞
図６は、実施形態３に係る駆動装置１００Ｂの構成を説明するための概略図である。図６では、駆動装置１００Ｂを模式的に図示している。以下、実施形態３に係る駆動装置１００Ｂについて、実施形態１に係る駆動装置１００との相違点を主に説明し、駆動装置１００と同様の点については同一の符号を付すことにより詳細な説明は割愛する。

実施形態３に係る駆動装置１００Ｂは、人力を動力とする乗物の一例として、インペラーを推進器として用いる船舶に適用することができる。図６には、実施形態３の適用対象である船舶の構成である、従動軸８０及びインペラー９０が図示されている。実施形態３の従動軸８０は、前後方向に延在しており、駆動装置１００の駆動軸１に対して直交している。インペラー９０は、従動軸８０の後端部に固定されており、従動軸８０と一体的に回転する。インペラー９０が前転方向Ｒ３へ回転することで船舶が前進し、後転方向Ｒ４へ回転することで船舶が後退する。

図６に示すように、駆動装置１００Ｂは、駆動プーリー７に代えて歯車機構１０１及びワンウェイクラッチ１０２を備える点で、上述の駆動装置１００と相違する。歯車機構１０１は、駆動軸１の動力を従動軸８０に伝達するための機構である。歯車機構１０１は、駆動軸１に取り付けられる第１傘歯車１０１ａと、従動軸８０に取り付けられる第２傘歯車１０１ｂと、を備える。第１傘歯車１０１ａ及び第２傘歯車１０１ｂは、互いの軸が直交するように配置されており、駆動軸１と従動軸８０との間で回転を伝達する。第１傘歯車１０１ａは、ワンウェイクラッチ１０２を介して駆動軸１に取り付けられており、駆動軸１回りに回転可能である。第２傘歯車１０１ｂは、従動軸８０と一体的に回転する。ワンウェイクラッチ１０２は、駆動軸１と第１傘歯車１０１ａとの間に介装されている。ワンウェイクラッチ１０２は、第１傘歯車１０１ａに対する駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転（空転）を許容し、且つ、第１傘歯車１０１ａに対する駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転を規制する。これにより、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転と第２方向Ｒ２への回転とのうち、第１方向Ｒ１への回転のみが第１傘歯車１０１ａに伝達する。そのため、駆動軸１が第１方向Ｒ１へ回転すると、第１傘歯車１０１ａが駆動軸１と一体的に第１方向Ｒ１へ回転する。一方、駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転は第１傘歯車１０１ａに伝達されず、駆動軸１は空転する。

駆動装置１００Ｂの蓄力操作では、ペダル３４の踏み込み操作により駆動軸１が第２方向Ｒ２に回転することで、蓄力部２のゼンマイばね２１が巻き上げられ、駆動軸１を第１方向Ｒ１へ回転させるためのエネルギーが蓄積される。このとき、ワンウェイクラッチ１０２により、駆動軸１が第１傘歯車１０１ａに対して空転するため、駆動軸１の第２方向Ｒ２への回転はインペラー９０に伝達されない。そのため、蓄力操作中にインペラー９０が後転方向Ｒ４へ回転して船舶が後退することが抑制されている。

ゼンマイばね２１にエネルギーが蓄積された状態で解放操作を行うことで、蓄積されたエネルギーを解放させ、駆動軸１を第１方向Ｒ１へ回転させる。このとき、ワンウェイクラッチ１０２により、駆動軸１の第１方向Ｒ１への回転が第１傘歯車１０１ａに伝達されるため、駆動軸１と第１傘歯車１０１ａとが一体的に第１方向Ｒ１へ回転する。第１傘歯車１０１ａの第１方向Ｒ１への回転が第２傘歯車１０１ｂを介して従動軸８０に伝達されることで、従動軸８０とインペラー９０とが一体的に前転方向Ｒ３へ回転する。その結果、インペラー９０によって前方への推力が発生し、船舶が前進する。

また、駆動装置１００Ｂは、従動軸８０と第２傘歯車１０１ｂとの間に介装されるワン
ウェイクラッチと、当該ワンウェイクラッチのクラッチ切替機構と、外部の動力によりインペラー９０を回転操作するための外部動力伝達機構と、を備えてもよい。このクラッチ切替機構は、例えばスイッチ操作により、第２傘歯車１０１ｂの前転方向Ｒ３への回転と後転方向Ｒ４への回転とのうち、前転方向Ｒ３への回転のみが従動軸８０に伝達する状態（正転状態）と、後転方向Ｒ４への回転のみが従動軸８０に伝達する状態（逆転状態）と、を切り替え可能とする。外部動力伝達機構は、例えば、手動によりインペラー９０を回転させるためのハンドルを含んでもよい。クラッチ切替機構によりワンウェイクラッチを逆転状態とし、外部動力伝達機構により人力で従動軸８０を後転方向Ｒ４へ回転操作することで、船舶を後退させることができる。

＜その他＞
なお、本発明に係る駆動装置は、自転車や船舶等の乗物の運転終了時、つまり乗物の停止状態において、蓄力部に蓄積されたエネルギーが余っていた場合に、停止状態のままエネルギーを解放することが可能であってもよい。即ち、駆動装置は、乗物を停止状態に維持したまま蓄力部の残留エネルギーを解放する機構（残留エネルギー解放機構）を備えてもよい。残留エネルギー解放機構は、例えば、ワンウェイクラッチにより駆動軸を空転させることで残留エネルギーを解放してもよい。残留エネルギー解放機構の設置箇所は特に限定されず、例えば、駆動軸、蓄力部、又は従動軸に設置することができる。

以上、本開示に係る駆動装置の実施形態について説明したが、本明細書に開示された各々の態様は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とも組み合わせることができる。

１・・・駆動軸
２・・・蓄力部
３・・・操作部
４・・・ブレーキローター（ロータ部の一例）
５・・・ワンウェイクラッチ（クラッチ部の一例）
６・・・ブレーキキャリパー（回転抑制部の一例）
８０，８１・・・従動軸
１００・・駆動装置

Claims (6)

1. 人力を動力とする乗物に適用される駆動装置であって、
   第１方向への回転と前記第１方向とは逆方向の第２方向への回転とのうち前記第１方向への回転のみが従動軸に伝達されるように設けられる、駆動軸と、
   前記駆動軸が前記第２方向に回転することで、前記駆動軸を前記第１方向へ回転させるためのエネルギーを蓄積する、蓄力部と、
   前記駆動軸を前記第２方向へ回転させるために操作される操作部と、
   前記駆動軸に取り付けられたローター部と、
   前記ローター部に対する前記駆動軸の前記第２方向への回転を許容し且つ前記ローター部に対する前記駆動軸の前記第１方向への回転を規制する、クラッチ部と、
   前記ローター部の前記第１方向への回転の抑制と前記抑制の解除とを切り替え可能な、回転抑制部と、を備える、
   駆動装置。
2. 前記蓄力部は、前記駆動軸の前記第２方向への回転により巻き上げられることで前記エネルギーを蓄積する、ゼンマイばねを有する、
   請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記ローター部は、前記駆動軸の径方向外側へ張り出した円盤状のプレート部を有し、
   前記回転抑制部は、前記プレート部を駆動軸の軸方向から挟持することで前記ローター部の前記第１方向への回転を抑制する、
   請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記駆動軸に取り付けられ、前記駆動軸の動力を前記従動軸に伝達するためのプーリーを更に備える、
   請求項１又は２に記載の駆動装置。
5. 前記駆動軸に取り付けられ、前記駆動軸の動力を前記従動軸に伝達するための歯車機構を更に備える、
   請求項１又は２に記載の駆動装置。
6. 前記操作部は、
   前記第１方向への回転と前記第２方向への回転とのうち前記第２方向への回転のみが前記駆動軸に伝達するように前記駆動軸に取り付けられた、ピニオンギヤと、
   前記ピニオンギヤに噛み合う係合歯が上下に配列され、踏み込み操作により下降することで前記ピニオンギヤを前記第２方向へ回転させる、ラックギヤと、
   前記踏み込み操作により下降した前記ラックギヤを上方へ付勢することで元の位置に復帰させる、付勢部と、を有する、
   請求項１又は２に記載の駆動装置。