発明者たちの尽きない自転車への想像力

自転車を発明する一部の創造的な人々にとって、皮肉な諺**「自転車を再発明したようなものだ」**を聞くのは不愉快かもしれません。確かに、この移動手段は150年もの間に基本構造が大きく変わることなく、人の筋力を車輪に伝達する仕組みを持っています。

しかし、なぜ自動車について同じように言われないのでしょうか？自動車の場合も基本的な動力伝達の仕組みは変わらず、革新の方向性はエンジンの改善、サスペンションの改良、操作の快適さ、室内の居心地の向上、安全性の向上などに向けられています。

おそらく意外に思う方もいるでしょうが、自転車に情熱を持つ多くの創造的なエンジニアや設計者、デザイナーたちが、自転車をさらに改良する新たなアイデアを絶えず模索しています。そして「自転車関連の発明」は非常に多く、中にはその大胆さや意外性に驚かされることもあります。

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チェーン駆動は時代遅れになる？

チェーンのない自転車初期の自転車では、ペダルが直接車輪軸に取り付けられて動力を伝達していましたが、その後、大きな進歩が見られ、チェーン駆動が導入されトルクを伝達するようになりました。やがて速度調整のための多段ギアも搭載され、さらなる改良を遂げました。

この仕組みはテストの時間を経て、シンプルで信頼性が高いとみなされています。それでもなお、設計者や発明者たちは満足していません。

数年前、ハンガリーのエンジニアグループがイタリアのパドヴァで、ペダルから駆動輪に動力を伝達する全く新しいシステムを発表しました。このシステムは**「Stringdrive」**と呼ばれ、一見するとベルト駆動に似ているものの、完全に異なる構造となっています。

ペダルを回すと、力がレバーに伝達され、揺れ動く運動を行います。そのレバーには、2つのスプロケットを備えたカートリッジが設置されています。カートリッジは速度を切り替える際に溝付きのラックに沿って上下に移動することができます。

後輪の両側にはバネ付きのカップリングがあり、それぞれにトランスミッションケーブルが巻かれて固定されています。このケーブルはさらにペダルのレバーに装着されたスプロケットを通り、自転車のフレームに固定されています。

https://www.youtube.com/watch?v=AAvWD23nHBU#t=52

原理としては、ペダルが前進する際にケーブルが引っ張られ、駆動輪のカップリングを回転させます。ペダルが元の位置に戻る際には、カップリングがバネの力で元の状態に戻り、ケーブルを再び巻き取ります。左右交互のペダル操作によって、自転車はスムーズに前進します。

カートリッジがレバー内の溝に沿って移動することで、トルクの伝達を調整でき、この「Stringbike」モデルでは19段階のギア変更が可能です。

興味深いのは、走行中でも停止中でもギアの切り替えが可能である点です。また、左右のペダルごとに独立して調整することも可能で、左右の足の筋力に差がある方に適している場合もあります。

この自転車の特長の1つは構造の対称性であり、このため安定性や操作性が向上しています。テストでは、この自転車が非常に滑らかな走行感を持つことが示され、古典的な自転車とは異なる感覚を味わえます。

さらに重要な利点は、ポリマー製のケーブルがチェーンとは異なり、潤滑や清掃が不要で砂や水を恐れないことです。また、その耐久性はチェーン駆動の2～3倍あります。

Yamaha PAS 電動自転車他にも、駆動力を車輪に伝えるための非常にユニークな発明がいくつかあります。例えば、ドイツと日本の設計者たちは、かつて時折使用されていたシャフトドライブを改良しました。

彼らは、地形や道路状況に応じて最適な走行モードを自動的に選択する自動化されたコンピュータ制御のトランスミッションを装備しているという点で革新をもたらしました。さらに、YamahaおよびMercedesのこれらの新製品には、「スマート」な照明および警告システムが搭載されており、周囲の照度が低下すると自動的に作動します。

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フレームを変更できるか？

パイプの代わりにケーブルアメリカの設計士グループは、一部の自転車でのクラシックな三角形フレームの構造が不要であり、全体の重量を増加させる要因であると結論付けました。

実際のところ、ペダルからヘッドチューブに向かうパイプは主に引っ張り力に耐えるだけです。それならば、強靭なケーブルで置き換えるのはどうでしょうか？

その結果、自転車の構造が大幅に軽量化されるという利点があります。ステンレス製のケーブルの前部にスプリングダンパーを使用し、水平フレームのパイプと垂直フレームのパイプをヒンジで接続することにより、前輪が受ける衝撃を緩和することが可能です。これにより、構造の全体的な強度は損なわれません。

また、このタイプの自転車は簡単に折り畳むことができ、ほぼ半分のサイズになり、カバーに収納できます。保管や輸送においても大きなメリットです。

これだけではありません。試験では、この種の自転車の効率が大幅に向上していることが示されました。

ケーブルの前部に配置されたスプリングは、ペダル回転の「死角」部分でこれまで無駄になっていたエネルギー、そして前輪に加わる衝撃エネルギーさえも蓄積する能力を持っています。

スプリングが伸びると、ケーブルの長さが増して自転車のホイールベースが少し広がり、収縮すると前進する力を加えることができます。

転倒を恐れない！

自転車からの転倒動いている自転車はさまざまな理由で安定性を保ちます。その一つが回転するホイールのジャイロスコープ的特性、すなわちその軸の空間的方向を維持する能力です。

しかし初心者のサイクリストにこれを説明しても理解しにくいでしょう。初心者にとって重要なのはまず転倒の恐怖を克服することであり、その後は自然と慣れていきます。どうすれば初心者を支援できますか？それが子供であれ、大人であれ、理由があって子供時代にこのスキルを習得できなかった場合も同様です。

答えは簡単です。もっと安定性の高い二輪自転車を提供し、しばらくの間だけでも自信を持って立っていられる時間を与えてあげます。

解決策は明白です。ホイールのジャイロ作用を強化することです。この方向に進んだ設計者たちは、安全性の高い自転車を開発しました。

ジャイロスコープ内蔵の安定したホイールその一例として、前輪の軸上に、小型のフライホイール - ジャイロスコープをスポーク内部に取り付ける方式があります。

このジャイロスコープは自転車が動き始めるとともに回転を始めます。その質量が大きいため慣性が高く、自転車の速度が大幅に低下しても回転を続け、垂直の安定性を確保します。

このアイデアを実現したのは、ダートマス大学の学生グループであり、彼らはこの発明をGyroBikeと名付けました。この構造は特許化された後、量産され、最初のモデル名が同名ブランドの基礎にもなりました。

初期試験からすでに明らかになったのは、初心者のサイクリストはこのタイプの自転車でスキルを習得する速度が大幅に速いということです。また、このような自転車は、運動器に制約を抱えている人々にとって素晴らしい選択肢になり得ます。

唯一の欠点は、ジャイロスコープが始動するのが自転車が動き出した後になるということです。では、小さな子供が最初の数メートルを習得するために、ジャイロスコープを前もって回転させることはできるでしょうか？もちろん可能です。そのためには、電動ジャイロスコープを内蔵したGyrowheelホイールを使用します。

最初の製品は12インチホイールの子供用自転車向けに設計されました。その設計には、電動機、バッテリー、そして重いジャイロスコープ付きフライホイールを組み込むスペースが確保されています。電動ドライブによりシステムを出発前に起動でき、ジャイロスコープの角速度を大幅に増加させることで、自転車の安定性がさらに向上します。

https://www.youtube.com/watch?v=JkOywUxdUlI

初期モデルが大成功を収めたため、16インチホイール、さらには標準的な「大人用」自転車用ホイールの生産が決定されました。さらに、同社はバイクメーカーとの協力により、安全性の高い自転車の特別モデルを製作する予定です。

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足を休ませましょう！

プロペラ付き自転車大多数の自転車モデルは、ライダーの脚の筋力を動力源として動きます。腕を使って駆動するユニークな設計もありますが、これらは移動手段というよりもスポーツ器具のようなものです。

設計者たちは常に、自転車利用者の負担を軽減する方法や、この小型マシンで直進運動に使える追加的な手段について考えてきました。

それにより、コンパクトな内燃エンジンを自転車に搭載する技術が開発されました。また、多くの種類の電動駆動装置が存在し、その中にはモーター駆動のホイールも含まれています。

一部の開発者は太陽電池パネルをホイール部分に埋め込むことで必要なエネルギーを供給する電動自転車も作り出しています。

しかし、自転車の構造自体を根本的に変えずに、ライダーの加速力を高める方法はどうでしょう？この方向を選んだのがバックパック型推進エンジンの開発者たちです。

実を言うと、このアイデアは以前から考えられており、多くの愛好者たちによって自作装置が試みられてきました。しかし、数年前にアメリカの会社PacificWindが、自転車用に特別に設計されたバックパック型プロペラエンジンのモデルラインを市場に投入しました。

このアイデアは、実はローラースケート愛好者やスキーヤー、スケートボーダーたちにも人気を博しました。

Thrustpac バックパックこのバックパックは非常にコンパクトで、それほど騒々しくもありません。それにもかかわらず、1.5馬力の出力を備えています。このおかげで、ペダルを使わずに時速50km以上のスピードで走行することが可能です。安全のため、プロペラには柔らかい素材で覆われた保護フレームが装備されています。

エンジンの操作は非常にユニークで、柔軟なワイヤーが特別な手袋と接続されており、ライダーは指先を動かすだけで必要な駆動モードを選択できます。

システムは非常に経済的で、燃料1.5～2リットルで100km走行可能です。バックパックの重量はモデルと出力に応じて5～8kgと軽量です。

さらに「よりクレイジーな」アイデアとしては、自転車にポータブルジェットエンジンを取り付けるといったものがありますが、これらは日常使用に適したものではなく、実験的な創造の範疇に留まっています。

自作電動自転車自作の電動自転車というアイデアは有用でしょうか？私たちのサイトのページで詳細をご覧ください。
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アンフィビア自転車

アンフィビア自転車これは単なる神話ではありません。自転車が水を超える能力を身につけ、その所有者が穏やかな水面を横断できるようになりました。そしてこれは、単なる大胆な実験ではなく、実際に量産化されたモデルです。

イタリアのヴィジェヴァーノに拠点を置くSBK Engineering社は、自転車を瞬時に水上のカタマランに変えるキットを生産しています。

このキットは、自転車に常設されるいくつかの部品を除けば、すべてがコンパクトなバックパックに収まり、重量はわずか11kgです。自転車を陸上仕様から「水上仕様」に切り替える作業は10～15分程度で完了し、特別な工具は必要ありません。

駆動部分はプロペラ式で、前輪に装着されており、推進力の供給と水上での方向制御の両方を担います。

ライダーは通常通りサドルに座り、ペダルを回し、陸上と同じようにハンドルを使って方向を操作します。

ペダルの回転は後輪に伝わり、そこから柔軟なワイヤーを介してプロペラ駆動部分に伝達されます。ちなみに、このワイヤーは組み立て時にも使用され、キットに含まれる2つのフロートを膨らませるためのポンプとして機能します。ライダーが自転車に座った状態でペダルを回すと、短時間でフロートを膨らませることが可能です。

完成したカタマランの耐荷重量は最大125kgで、水上での速度は時速10kmに達します。これは水上の速度として非常に良好な数字です。

熱心なエンジニアやデザイナーたちは、新しい自転車の開発に向けた活動を休むことがありません。一体どのような新発明が登場するのでしょうか？彼らに革新的なアイデアがあり続けることは間違いありません。