【手続補正書】
【提出日】平成17年9月20日(2005.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と、支持体と、前記回転体および前記支持体に巻回された無端駆動部材と、前記無端駆動部材に取付けられた人力駆動受け部と、前記無端駆動部材が移動する面に含まれる直線まわりの、前記駆動受け部の回転を抑制する抑制手段を有し、前記抑制手段が、一端を前記駆動受け部に回転可能に取付けられたアームと、一端がフレームに回転可能に取付けられ、他端が前記アームの他端に回転可能に取付けられたフリークランクとを有し、前記人力駆動受け部は前記面に実質的に垂直な方向に変位可能であることを特徴とする人力駆動機構。
【請求項２】
回転体と、支持体と、前記回転体および前記支持体に巻回された無端駆動部材と、前記無端駆動部材に取付けられた人力駆動受け部と、前記無端駆動部材が移動する面に含まれる直線まわりの、前記駆動受け部の回転を抑制する抑制手段を有し、前記抑制手段が、一端を前記駆動受け部に回転可能に取付けられたアームと、一端がフレームに回転可能に取付けられ、他端が前記アームの他端に回転可能に取付けられたフリークランクとを有し、前記無端駆動部材が移動する無端経路は人力による駆動が行われる往経路部と往経路部に戻る復経路部とを有し、前記フリークランクの前記一端が前記往経路部の外側の位置で前記フレームに回転可能に取り付けられていることを特徴とする人力駆動機構。
【請求項３】
前記回転体と前記支持体に巻回された無端駆動部材を緊張させる緊張部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の人力駆動機構。
【請求項４】
前記無端駆動部材の張力を制御する、緊張調整ボルトと緊張ボルトとの組合わせを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の人力駆動機構。
【請求項５】
第二回転体と、第二支持体と、該第二回転体および第二支持体に巻回された第二無端部材と、前記第二無端駆動部材に取付けられた第二の人力駆動受け部とをさらに有し、前記第一回転体と第二回転体が共軸であり、軸部材により互いに固定され、前記第一の支持体と第二の支持体が互いに独立して回転可能にフレームに取付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の人力駆動機構。
【請求項６】
前記回転体は駆動スプロケットであり、前記支持体は遊動スプロケットであり、前記駆動スプロケットと前記遊動スプロケットに巻回された前記無端駆動部材はチェーンであり、前記駆動スプロケットと前記遊動スプロケットのうち相対的に高い位置に配置されるスプロケットのピッチ円半径が５２〜１１６ｍｍであり、相対的に低い位置に配置されるスプロケットのピッチ円半径が６４〜１１６ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の人力駆動機構。
【請求項７】
前記回転体を支持する駆動軸ボス、前記支持体を支持する遊動軸ボスおよび前記フリークランクの一端を支持するクランク軸ボスが実質的に三角形状の構造体からなるブラケットに配設されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の人力駆動機構。
【請求項８】
前記支持体が曲面状の案内レールであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の人力駆動機構。
【請求項９】
推進輪が前記回転体と同軸上に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の人力駆動機構。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載の人力駆動機構により駆動される従動輪を有することを特徴とする自転車。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に自転車、車椅子、ボート、人力飛行機およびトレーニング機器等人力で駆動される乗物もしくは乗物を模した機器等の人力駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自転車およびレジャー用足漕ぎボートの人力駆動機構は原理的に同一であり、いずれも回転軸に直角に固定された左右二本のクランクから構成され、この二つのクランクは１８０°位相がずらされており、このクランクの他方の端部にクランクの回転面に直角に軸が植え込まれ、この軸に回転自在にペダルが設けられている。  このペダルを踏むことによってトルクを発生させ、これにより車輪、プロペラ等の推進輪を回転させて当該乗物を動かしている。  近年、欧米では自転車以外に３輪自転車および４輪自転車も出現し、それらを用いた競技も行われているようであるが、人力駆動機構の原理は全く変わっていない。
自転車はリクリエーションや通勤・通学および競技の手段として高度の普及率をもって用いられており産業上大きな分野である。  以下には簡単のため自転車を中心に説明を進める。
自転車は用途に応じて多様な種類の構造・デザインのものが出現している。  本発明の目的である人力駆動機構との関連で言えば、速度能力および登坂能力を向上させるため変速機構が採用され、後輪に設けられたチェーンの従動軸（以下単に従動軸という）だけに数段のスプロケット（以下従動軸スプロケットという）があるものからさらにチェーンの駆動軸（以下単に駆動軸という）にもスプロケット（以下チェーンリングという）が数段設けられたものもある。
チェーンの従動軸に遊星歯車機構が設けられたものも普及している。  なお、本願において、人力駆動機構とは、人力を人力乗物の変速機構もしくは車輪、プロペラ等の推進手段に伝達する駆動機構のことをいう。
【０００３】
変速機構は形式に関わらず、基本的にはエネルギー効率を向上させるものではなく、推進手段（自転車では後輪、ボートではプロペラ等）に伝達される動力を増大させたり、運転者の時間当たり消費エネルギを低減させるものではない。  
【０００４】
自転車で急な坂を登坂する場合、平坦地と同じ増速比では大きな力が必要となり、運転者の脚力の限界が運転続行の可否を決定付ける。  変速機構は運転者にとって、いわば、筋肉を動かす速度と筋力のトレードオフ装置もしくは最適化装置であって、登坂時、筋力が不足気味になると増速比をシフトダウンして、筋肉を早く動かすことによりその分小さい力で同じ動力を発生させることができる。  しかし、増速比をある程度以上小さくしても意味がない。すなわち、増速比を小さくしてゆくと走行を維持してゆくために逆比例的にペダルを早く回転させる必要が生じ、筋肉を早く動かすことによる運動能力限界、軸受やチェーンの摩擦による動力損失増大、振動による走行不安定化等により走行を維持することができなくなる。
【０００５】
変速機構を設けても入力動力を大きくできるわけではないので、登坂能力の改善に自ずから限界があるのは当然である。  入力動力を大きくすることが望まれることである。  ここで、入力動力とは運転者から人力駆動機構を通して当該乗物に伝達された動力（単位時間当たり仕事量）のことをいう。
変速機構によれば、変速機構出力軸回転数とトルクは逆比例関係に保たれたまま（動力一定）、状況に応じ、運転者の運動能力に合わせて、運転者が楽と感ずる方向に増速比を変えることにより速度と力のバランスポイントを移動させることができるが、基本的に入力動力、したがって出力を増大させるものではない。
【０００６】
クランク長さを変えることも運転者にとって筋肉を動かす速度と筋力のトレードオフ手段であって、最適化の結果出力がわずかに増大することはあるが、入力動力が増大するわけではない。
【０００７】
また、クランクを伸縮自在とし、遊星歯車機構もしくはカム機構を用いて自転車の回転とクランクの伸縮を同期させ、クランクが前方水平位置にくるとき最も伸びるよう構成して、最大入力トルクの増大を計る形態の発明も特許出願されている（米国特許番号４１２５２３９、４７０６５１６，４８０７４９１等）。
【０００８】
この形態の人力駆動機構では、ペダルが水平位置を過ぎてクランクの縮小過程に入るとペダルに作用する力の半径方向分力が急激に増大してクランクの縮小に抵抗し、自転車の回転を阻害するように働く。
【０００９】
この形態の人力駆動機構において、もしペダルを踏む力がクランクの回転円に対して常に接線方向に作用すれば、この力が回転を阻害することはない。  しかし、現実には、踝、膝および大腿骨の関節の動きに制限があり、その結果、ペダルを踏む力は全ての回転角度において殆ど鉛直方向下向きに働く。  したがって、クランクがほぼ前方水平位置にあるとき回転の方向と力の方向が殆ど一致するためペダルを回転させる“回転力”が最大となる。
しかし、この位置を過ぎると、回転力（厳密には重力、慣性力、筋肉による力の合力のクランク回転方向成分）が減少し、回転方向に直角な分力（重力、慣性力および筋力の合力のクランク回転半径方向成分）が増大し、これらが、クランク縮小に抗してクランクを伸ばそうとするため、機構的にブレーキと等価な作用をもたらす。  この結果１サイクルで考えると殆ど動力の増大にはならない。  
【００１０】
クランクを伸縮自在とする上記形態の人力駆動機構に類似した発明に米国特許番号４８７２６９５がある。  この発明では、後輪用フォークに首振り自由に軸受が設けられ、該軸受に滑動自在にロッドが嵌合され、該ロッドの中間部先端寄りにクランク先端部が回転自在に連結され、該ロッドの先端部にペダルが設けられている。  運転者がペダルを踏み込むと、該ロッドは前記軸受を支点とするてこを構成し、クランクに伝達される力はペダルを踏み込む力よりも増幅されるというものである。
【００１１】
この発明では、クランクの全ての回転角度で力が増幅されるため、クランクがペダル最高位置（いわゆる上死点）からペダル最低位置（いわゆる下死点）に至る期間（以下往行程という）では確かに回転力が増大するが、クランクが下死点を過ぎて上死点に至る期間（以下復行程という）では負の回転力が増幅される。  後者の期間は、前者に比して“てこ比”が大きいため負の回転力の増幅率が正の回転力の増幅率より大きくなり、１サイクル通して考えるとこの発明の構成でも動力の増加は期待できない。
【００１２】
図１３はHIGH-TECH CYCLING（出版HUMAN
KINETICS, P.O. Box 5076, Champaign, IL, USA )  Figure  7.3を引用して本願説明用に書き直したもので、米国の競輪選手が３５０Ｗ（上記文献には明確な記述がないがクランクになされている単位時間当たり仕事量―ワットを示しているものと思われる）、９０ｒｐｍでペダルを踏んでいるときのクランク回転力の変化を横軸にクランク角度θ（上死点からの時計回りの角度）をとって示したものである。本図によれば、θが９０°をわずかに過ぎる点で回転力は最大となり、θ＝１２０°あたりから急速に減少する。  
下肢の重量および筋力が十分ペダルに作用している１２０°＜θ＜１８０°の期間に回転力が減少している事実は、この期間下肢の重量および筋力がクランクを回転させる方向ではなく、クランクを伸ばす方向に支配的に作用していることを示している。  すなわち、結果的に、伸びないクランクを伸ばそうとすることに運転者のエネルギーが消費されている。  クランクを伸ばそうとしていくら大きな力を作用させても力学的にはなした仕事は０であるが、運転者の身体の中では血液が激しく循環し、化学反応が激しく進行して、エネルギー消費はなされている。一方２１７°＜θ＜３４５°の期間では負となっているが、これは１８０°＜θ＜３６０°の期間で、クランクを正回転させようとする筋力とクランクを逆回転させようとする下肢の重さがθ＝２００°あたりから拮抗し、ついには後者が勝る結果である。
【００１３】
特開昭５８−１３３９８６，特開昭５８−２２１７８３および特開平８−１１３１８０に開示される人力駆動機構では、ロープ・滑車機構、往復動チェーン・スプロケット機構もしくはラック・ピニオン機構が左右２系列用いられ、一方が往行程の時、他方は復行程にあるよう機構的に連結されている（なお、ここで使用している機構名称は本願発明者が説明の便宜上名付けたもので、必ずしも原明細書とは一致していない）。  例えば、左系列の往行程において、ペダルが踏み込まれると力がロープ、チェーンもしくはラックを介して滑車、スプロケットもしくはピニオンに伝えられ接続されている車輪が回転する。  復行程においては右系列の動力によりペダルが上昇し、この間、左系列の滑車、スプロケットもしくはピニオンは軸部に設けたラチェットもしくは一方向クラッチ等のフリーホイール機構により出力軸に対して空転する。
【００１４】
いずれの発明においても、往行程において人力は滑車、スプロケットもしくはピニオンに対して接線方向に作用し、加えられた力は全て回転力となるが、往行程終了時、正方向に動いていた下肢が突然停止させられることにより、下肢、チェーン、ラック、スプロケット、ピニオン等の運動質量の運動エネルギーは強制的に０にされるので１サイクル全体で考えると、入力動力の有効な増加分は期待できない。
【００１５】
往復動チェーン・スプロケット機構を採用し、踏み込み時エネルギーの一部をスプリングに吸収させておいて、スプリングに蓄えたエネルギーでペダルを踏み込み前の位置まで戻すという発明が特開昭５８−１９９２７９に記載されている。  この発明については、スプリングの戻る速度に踏み込みタイミングを合わせないと出力が出ない（ペダルが十分戻らない内に踏み込むと、ペダルの加速距離がとれないーこの発明の方法でもペダルの踏み込み初速度は常に０ｍ／ｓと考えられるから）、したがって速度もあまりでないという問題がある。
【００１６】
また、筋肉を低速で収縮させれば高速で収縮させる場合に比して大きな力を発生することのできる点に着目し、チェーンリングを真円でなく、楕円等にして、クランクとの位相差を工夫することによりクランクの回転数変動を小さくして運転者がより大きい筋力をペダルに作用できるようにする研究もなされてきた。  しかし、この方法では、位相差を固定すると、限られた目的にしか能力を発揮しえないという問題があるようである。例えば、或位相差は定常耐久走行には適しても、登坂や短時間全力走行に適さない等である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前述の従来技術の問題点を解決し、自転車、３輪自転車、４輪自転車、車椅子、ボート、人力飛行機およびトレーニング機器等人力で駆動される乗物もしくは乗物を模した機器に好適な、人力を効果的に動力に変換することができる人力駆動機構を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発明は、回転体と、支持体と、前記回転体および前記支持体に巻回された無端駆動部材と、前記無端駆動部材に取付けられた人力駆動受け部と、前記無端駆動部材が移動する面に含まれる直線まわりの、前記駆動受け部の回転を抑制する抑制手段を有し、前記抑制手段が、一端を前記駆動受け部に回転可能に取付けられたアームと、一端がフレームに回転可能に取付けられ、他端が前記アームの他端に回転可能に取付けられたフリークランクとを有し、前記人力駆動受け部は前記面に実質的に垂直な方向に変位可能であることを特徴とする人力駆動機構である。
【００１９】
本発明の第２の発明は、回転体と、支持体と、前記回転体および前記支持体に巻回された無端駆動部材と、前記無端駆動部材に取付けられた人力駆動受け部と、前記無端駆動部材が移動する面に含まれる直線まわりの、前記駆動受け部の回転を抑制する抑制手段を有し、前記抑制手段が、一端を前記駆動受け部に回転可能に取付けられたアームと、一端がフレームに回転可能に取付けられ、他端が前記アームの他端に回転可能に取付けられたフリークランクとを有し、前記無端駆動部材が移動する無端経路は人力による駆動が行われる往経路部と往経路部に戻る復経路部とを有し、前記フリークランクの前記一端が前記往経路部の外側の位置で前記フレームに回転可能に取り付けられていることを特徴とする人力駆動機構である。
【００２０】
本発明の第３の発明は、上記の人力駆動機構において、前記回転体と前記支持体に巻回された無端駆動部材を緊張させる緊張部材を有することを特徴とする人力駆動機構である。
【００２１】
本発明の第４の発明は、上記の人力駆動機構において、前記無端駆動部材の張力を制御する、緊張調整ボルトと緊張ボルトとの組合わせを有することを特徴とする人力駆動機構である。
【００２２】
本発明の第５の発明は、上記の人力駆動機構において、第二回転体と、第二支持体と、該第二回転体および第二支持体に巻回された第二無端部材と、前記第二無端駆動部材に取付けられた第二の人力駆動受け部とをさらに有し、前記第一回転体と第二回転体が共軸であり、軸部材により互いに固定され、前記第一の支持体と第二の支持体が互いに独立して回転可能にフレームに取付けられていることを特徴とする人力駆動機構である。
【００２３】
本発明の第６の発明は、上記の人力駆動機構において、前記回転体は駆動スプロケットであり、前記支持体は遊動スプロケットであり、前記駆動スプロケットと前記遊動スプロケットに巻回された前記無端駆動部材はチェーンであり、前記駆動スプロケットと前記遊動スプロケットのうち相対的に高い位置に配置されるスプロケットのピッチ円半径が５２〜１１６ｍｍであり、相対的に低い位置に配置されるスプロケットのピッチ円半径が６４〜１１６ｍｍであることを特徴とする人力駆動機構である。
【００２４】
本発明の第７の発明は、上記の人力駆動機構において、前記回転体を支持する駆動軸ボス、前記支持体を支持する遊動軸ボスおよび前記フリークランクの一端を支持するクランク軸ボスが実質的に三角形状の構造体からなるブラケットに配設されたことを特徴とする人力駆動機構である。
【００２５】
本発明の第８の発明は、上記の人力駆動機構において、前記支持体が曲面状の案内レールであることを特徴とする人力駆動機構である。
【００２６】
本発明の第９の発明は、上記の人力駆動機構において、推進輪が前記回転体と同軸上に設けられていることを特徴とする人力駆動機構である。
【００２７】
本発明の第１０の発明は、上記の人力駆動機構により駆動される従動輪を有することを特徴とする自転車である。
【００２８】
本発明で、回転体とは巻き掛けられた無端駆動部材によって回転させられることにより負荷を駆動するスプロケットもしくは滑車のこと云い、支持体とは無端駆動部材が巻き掛けられて周回する円弧状案内レールもしくは基本的に空転する回転体のことを云う。  
【００２９】
本発明で、無端駆動部材とは、ベルト、タイミングベルト、チェーン、ビードチェーン、ピンドチェーン、ロープなどの圧縮や曲げに対して抵抗がなく、引張力だけに耐えて回転力を伝達する可撓性部材を云い、人力駆動受け部とは、ペダル、ハンドル等直接人力が作用する部材を云う。  また、フレームとは当該乗物の重量を支え、構造を形成する部材もしくはこれに直接、間接に固定されたパイプ、型材、板等の構造部材を云う。 
【００３０】
大曲率半径部は曲率が無限大である直線軌道であってもよいし、案内レール、遊動スプロケット等により緩やかな曲線軌道としてもよい。
【００３１】
本発明の人力駆動機構によれば、運転者が人力駆動受け部を介して無端駆動部材の大曲率半径部に沿って力を加えやすい角度、位置に回転体と支持体の対を配置でき、大曲率半径部において人力がほぼ１００％トルクに変換され、回転力の最大値が一定期間持続し、かつ大曲率半径部の端部では、運動質量の有する運動エネルギは小曲率半径部の回転運動のエネルギに変換されて有効に保存される。
その結果、大幅な入力動力の増大が期待される。
【００３２】
入力動力の増大により速度能力、登坂能力が大幅に向上するので、通常の道路を走行する限り必ずしも変速機構は用いなくてもよい。 
【００３３】
本発明の好ましい人力駆動機構では、ペダルもしくはハンドルを有するチェーンと該チェーンが巻き掛けられている回転体および支持体とから構成され、前記ペダルもしくはハンドルが前記抑制手段によって該チェーンの移動面に対してほぼ直角にその姿勢を保持されている。  より好ましくは、支持体として回転体が用いられる。
【００３４】
この場合ペダルもしくはハンドルに力が加えられてもチェーンが曲げられたり、ねじられたりすることがないので、チェーンが変形・損傷することがなく、力の作用点の位置も定まるので力も入れやすく、運転者の筋肉、関節も疲労が少ない。
【００３５】
この場合、好ましくは前記抑制手段がフレームに一端を回転自在に取り付けられたフリークランクと該フリークランクの他端が回転自在に連結されているアームとで構成され、該アームは前記駆動受け部に回転自在に取付けられている。  該アームが該駆動受け部に回転自在に取付けられているため、アームの回転がチェーンの移動を阻害したり、チェーンに無理な力を加えることはない。
この方式の抑制手段の利点は、これらフリークランクやアームの支持、連結部の軸受に摩擦損失が極めて小さく、軽量、小型でダストシールがしやすい玉軸受、円筒ころ軸受もしくは針状ころ軸受等を使用できることである。  
【００３６】
より好ましくは、アームとチェーンとの連結部において、アーム端部には円筒ころ軸受もしくは針状ころ軸受の少なくとも外輪が取付けられ、チェーン側には駆動力受けリンクが設けられて、該駆動力受けリンクはころを介して前記外輪に挿入されている。
チェーンは多数のチェーンリンクを連続的に回転可能に接続したものであるが、駆動力受けリンクはこのチェーンリンクの一個に駆動力受け機能を持たせたものであることが好ましい。
【００３７】
アームとチェーンとの連結部において、アーム端部に取付けられた軸受外輪とこれに挿入された駆動力受けリンクとの間で軸方向相対変位が許容されることは、アーム、クランクおよびフレームの軽量化を行う上で好ましい。
すなわち、アーム、クランクおよびフレームの軽量化を進めると剛性が低下傾向となり、チェーンに無理を掛けないという抑制手段としての目的機能は維持されても、剛性低下の結果チェーンが移動する面に含まれる直線まわりのペダルの回転が相対的に大きくなるため、ペダルがスプロケットに近づくとチェーンの内側リンクプレートがスプロケット側面に強く当たる傾向となる。 
この場合に、この軸受が円筒ころ軸受、針状ころ軸受もしくはリニアブッシュ等の直動軸受等のように、軸を回転自在とし、軸とハウジングの軸方向の相対変位を許容する形式とすることによって、ペダルだけが軸方向に変位するだけで、駆動力受けリンクはチェーンの移動面に対して殆ど直角に保たれるため、チェーンがスプロケット側面に強く当たることはない。 
勿論、アーム、クランクおよびクランクを保持するフレームに十分な剛性が期待できる場合は、アームとチェーンの連結部に深溝玉軸受等を使用して、駆動力受けリンクとアームの軸方向相対変位をなくしてもよい。
【００３８】
抑制手段としては、上記のようにフリークランクとアームの組合せ以外に摩擦損失が小さいリニアブッシュ型直動軸受やボールスプライン型直動軸受とフリークランクの組合せを使用してもよい。ただし、この方式が成り立つのは、対をなす回転体と支持体の半径が等しい場合に限られる。
すなわち、リニアブッシュ型直動軸受とフリークランクとの組合せではチェーンで形成される長円軌道の内部に移動面と平行に、長手方向に一定区間配設された２本のロッドと該ロッド各々に支承されて往復動するリニアブッシュ型直動軸受を少なくとも各１個有するスライダーと該スライダーに一端を移動面に垂直な軸まわりに回転自在に保持され、他端でペダルもしくはハンドルの軸を回転自在に保持するフリークランクとから構成される方式である。ボールスプライン型直動軸受とフリークランクの組合せでは、フレーム上の固定点で首振りするボールスプライン型直動軸受と該直動軸受に支承されて回転することなく滑動し先端部でペダルもしくはハンドルの軸を回転自在に保持するスプライン溝を有するロッドとから構成される方式である。
【００３９】
本発明の一形態では、前記フリークランクの回転中心がチェーンで形成される長円軌道の内部に位置するようにされている。この場合、さらに好ましくはフリークランクの回転中心を対を成す回転体と支持体の中心を結ぶ線分の中心に配置する。このようにすると、フリークランク回転半径とアーム回転半径の和が最小となるのでフリークランクとアームの曲げおよびねじり変形が小さく、これらの部材の軽量化を図ることができる。
【００４０】
他の形態では、フリークランクの回転中心の配置態様としては、フリークランクの回転中心がチェーンで形成される長円軌道の外部に位置するようにされている。この場合、対を成す回転体のピッチ円半径と支持体の曲率半径（支持体が回転体の場合にはピッチ円半径）が同一である場合には、フリークランクの回転軸を該対を成す回転体と支持体の中心を結ぶ線分の垂直２等分線上に配置する。このようにすると、フリークランクの回転半径とアームの回転半径の和が小さく抑えられ、フリークランクとアームの曲げ、ねじり変形が小さくなり、これらの部材の軽量化を図ることができる。また、フリークランクを該フリークランクの搖動可能範囲が前記無端駆動部材の移動範囲内と重複しないような長さにすれば、フリークランクをアームより自転車等の中心線よりに配置でき、該人力駆動機構のよりコンパクトな配置が可能となる。
自転車においては、フリークランクの回転中心をペダル後方に配置すると、悪路走行中に障害物に当たることがなく、悪路走行を目的とするBMX車などに好ましく使用できる。また、自転車において、フリークランクの回転軸をペダル前方に配置すると、ペダル前方の大きな空間が利用できるため、アームおよびクランクの配置に自由度が生ずる。さらに、自転車の重心が前方に移動するので、後輪を前方に配置することが可能となり、前輪中心と後輪中心間の距離であるホイールベースを小さくできるので、自転車の回転性能、加速性能が向上する。ホイールベースを小さくすると、回転性能、加速性能が顕著に向上することは知られているが、重心が相対的に後方となるため登坂時等に前輪が浮きやすくなるという問題があるため、従来はホイールベースを現状以下にすることは困難であった。
【００４１】
片腕で操縦ハンドル（本発明の構成で使用される“人力駆動受け部”としてのハンドルと区別するため、方向舵取り操作のためのハンドルを以下操縦ハンドルと云う）が操作され、もう一方の腕によってハンドルによって駆動力の伝達が行われる３輪自転車、４輪自転車、車椅子等においては、好ましくは人力駆動機構を運転者の脇の下方外側（運転者の横側）で若干前方に配設し、対を成す回転体と支持体の中心を結ぶ直線が鉛直線に対して前方を低く傾斜させられている。このようにすると運転者の腕の動きに無理がないため体重を腕にのせやすく、その割に疲労が少ない。
【００４２】
さらに別の形態では、前記チェーンを常時緊張させる緊張手段が設けられている。  アームとフリークランクからなる抑制手段はチェーンが移動面外に飛び出したり、変形したりすることを防止するが、チェーンが移動面内を長円軌道からはみ出すことについては何ら拘束しない。  本発明の構成においては、チェーンリンクに直接力が加えられてチェーンが牽引されるため、チェーンが弛んでいれば、牽引時、長円軌道の直線部ではチェーンが蛇行し、スプロケット部ではチェーンのローラがスプロケットの歯から離れたり衝突したりする可能性がある。  このようなことが起これば、動力損失が大きくなり、チェーンのローラや、ピンの損耗が短期に発生する可能性がある。  チェーンの緊張手段は、好ましくは対を成す回転体と支持体が取り付けられているパイプ等からなる円柱が上下に分割されて互いに滑動自在にはめ合わされ、二つの円柱の中にそれぞれ設けた底板の間にスプリングが圧縮挿入されている。  単に植え込みボルトもしくはボルト、あるいはその組み合わせ等を用いて前記上下の円柱を離隔する方向に押してチェーンを緊張させてもよい。
勿論、別途設けた遊動スプロケット、遊動ローラ等によってスプリング等の力でチェーンを緊張する手段も可能である。
【００４３】
一般にチェーン伝達機構での損傷はチェーンがスプロケット上を移動している時、チェーンのローラやリンクプレートがスプロケットに衝突を繰り返すことにより発生することが多い。したがって、チェーンとペダルもしくはハンドルとの接続部近傍、好ましくはペダルもしくはハンドルの軸と中心線を同一にする軸を有する案内ローラを設け、少なくとも下方に位置している回転体もしくは支持体の少なくとも一部を覆うように該案内ローラが転動する転動レールを設けて、チェーンのローラがスプロケットの歯面を離れないようにしてもよい。
【００４４】
本発明の好ましい人力駆動機構では、左右にペダルもしくはハンドルを有するチェーンを配置し、右側のチェーンは第一回転体および第一支持体に巻きかけられ、左側のチェーンは第二回転体および第二支持体に巻きかけられ、第一と第二回転体は同一軸に固定され、該軸には第一と第二回転体の間に第三回転体であるチェーンリングが固定され、左右のペダルもしくはハンドルに加えられた動力が左右のチェーンから第一もしくは第二回転体を介してチェーンリングに伝達され、さらにチェーンリングに連結されたチェーン、歯車等を介して動力が推進輪（自転車の場合には後輪、ボートの場合には水車、プロペラ等）に伝達される。
ここで、支持体をチェーンの内側リンクプレートの内幅より若干狭い巾の案内レールにして該レール上でチェーンのローラを転動させれば構造が簡単で配置に自由度がある。支持体を回転体にすれば、摩擦損失がより少なくなる。
【００４５】
より好ましくは、左右のペダルもしくはハンドルは略１／２周期位相をずらされている。このような構成においては両脚もしくは両腕を交互に連続的に使えるため、回転軸の回転変動が少なく、力も平均的に安定して加えることができ、運転者にとって疲労が少ない。
【００４６】
ここで、説明を容易にするためチェーンと当該チェーンが巻きかけられている対を成す回転体と支持体をまとめて人力駆動ユニットと呼ぶと、運転席と略平行に配設された上記人力駆動機構ユニットの配置については、運転席を二つの人力駆動機構ユニットの中間、中間後方、中間前方（ボート等の場合等で運転者が後ろ向きに座ってペダルを踏むかハンドルを引くような配置）、中間上方（自転車では一般的な配置）、中間下方いずれに位置してもよいが、人力駆動機構ユニットの傾斜角を含めて運転者が両足もしくは両手を使ってペダルもしくはハンドル等の人力駆動受け部に力を加えやすい配置が選ばれる。
【００４７】
本発明の一形態の自転車においては、略平行に配設された人力駆動ユニットが運転席の下方で、踏み込み側チェーンの直線軌道部分が鉛直線に対して後側を低く傾斜させられている。    この構成では、運転者は手で操縦ハンドルを押さえ、足でペダルを斜め後方に蹴る態勢となるため、腰から臀部へかけての筋肉を使ってのペダル踏みが可能となり、楽に大きな力を発生できる。
【００４８】
本発明の別形態の自転車においては、略平行に配設された人力駆動ユニットが運転席の下方で、若干前方に配置され、踏み込み側チェーンの直線軌道部分が鉛直線に対して前側を低く傾斜させられている。
この構成では、運転者は手で操縦ハンドルを引き、足でペダルを斜め前方に蹴る態勢となるため、腰から臀部へかけての筋肉を使ってのペダル踏みが可能となり、楽に大きな力を発生できる。
【００４９】
本発明のさらに別形態の自転車においては、略平行に配設された人力駆動ユニットが運転席の下方で、ほぼ両側方に配置され、踏み込み側チェーンの直線軌道部分が鉛直に配置されている。
この構成では、運転者は全体重をペダルに掛けやすく、長い坂を登る場合には好適な配置となる。
【００５０】
本発明の好ましい人力駆動機構では、左右にペダルもしくはハンドルを有するチェーンを配置し、右側のチェーンは第一回転体および第一支持体に巻きかけられ、左側のチェーンは第二回転体および第二支持体に巻きかけられ、第一回転体と第二回転体は推進輪（自転車の場合には前輪もしくは後輪、ボートの場合には水車やプロペラ等）と同一軸中心を有している。
例えば、自転車の場合、第一回転体と第二回転体は前輪もしくは後輪と共軸もしくは遊星歯車変速機を介して軸中心を共有するようにされる。
【００５１】
本発明の好ましい人力駆動機構では、対を成す回転体と支持体に巻回された無端駆動部材の大曲率半径部の地平面に対する傾斜角が可変となっている。
この構成では、自転車においては、登坂時には当該人力駆動機構の大曲率半径部を鉛直線に近く立てた鉛直配置として体重を掛けやすくし、長距離平坦道走行時には傾斜配置として運転者はサドルに座って前方もしくは後方にペダルを蹴ることができ、体重、腰、下肢の筋肉を有効に利用できる。
【００５２】
本発明の好ましい人力駆動機構では、前記無端駆動部材は複数のリンクをピンで接続したチェーンであり、該複数のリンクのうち一つが駆動力受けリンクを構成し、該駆動力受けリンクは、前記チェーンの移動面と垂直方向に突出した軸を有し、前記駆動力受けリンクは該軸を介して前記抑制手段に回転可能に取付けられている。
この場合、該駆動力受けリンクはU字溝を有し、該U字溝内で前記チェーンの隣接するリンクと回転可能に接続されている。 タイミングベルトを適用する場合には、隣接する二つの歯と谷に挟まれた単位をリンクと呼べば、駆動力受けリンクのU字溝に、隣接すべきリンクの歯を両側から挿入し、U字溝を貫通するピンにより夫々を回転可能に接続すればよい。
ビードベルトやピンドベルトの場合にも相隣接するビードやピンからなる単位をリンクと呼べば、これらの場合にも同様に本発明が適用可能である。
【００５３】
以上の説明は本発明を自転車に適用する場合を中心に行ったが、３輪自転車、４輪自転車、車椅子、ボート、人力飛行機およびトレーニング機器等人力で駆動されるその他の乗物もしくは乗物を模した機器等等にも適用可能である。  本発明によれば、入力動力が増大するので、速度、トルクともに増大させることが可能となり、人力乗物の推進が快適となる。
本発明をトレーニング機器に適用すれば、自転車、ボートを模した体力増強装置の提供が可能となる。 また、人力駆動機構の大曲率半径部を鉛直配置とし、対を成す回転体と支持体の中心間距離を小さくしてペダルのストロークを短くすれば足、腰の動きが人の歩行とよく似た動きとなり、歩行練習器として歩行困難者のリハビリに好適に用いることができる。
【００５４】
人力駆動受け部は、足で操作するペダルであっても、手で操作するハンドルであってもよい。  ３輪自転車、４輪自転車、ボート等のように運転者が座席に深く座って運転できるような乗物では対を成す回転体と支持体に巻回された無端駆動部材の大曲率半径部を前方に低くなるよう構成して、運転席を人力駆動機構の後方で対を成す回転体と支持体の高い方とほぼ同じ高さに配置し、運転席に運転者の後部を支持する背もたれ、腰受け等を設ければ、脚に力が入りやすく、この構成もまた本発明の好ましい適用態様である。また、本発明による人力駆動機構は、人力駆動機構ユニットを左右に配設する場合、左右の人力駆動受け部の位相を以上例示したように１／２周期ずらして左右の足もしくは手で人力駆動受け部に力を加えることだけに限定されるものではない。例えば、３輪自転車、４輪自転車、ボート等においては、本発明による人力駆動機構を座席に座った運転者の両側にほぼ水平に、高さをおよそ運転者の腰から肩と同じく配設し、左右位相を併せてハンドルに力を作用させる構成も本発明の好ましい適用態様である。
【００５５】
本発明の人力駆動機構は、自転車、３輪自転車、４輪自転車、車椅子、ボート、人力飛行機およびトレーニング機器等人力で駆動される乗物もしくは乗物を模した機器等に好ましく適用でき、人力を効果的にトルクに変換できるので大きな出力向上が可能となり、非力な運転者でも長距離運転が可能となり、自転車や車椅子等に適用した場合には、登坂能力、危険の回避等の面で効果が顕著である。
【００５６】
【実施例】
以下、本発明の人力駆動機構を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００５７】
図１は、本発明の人力駆動機構を自転車に適用した場合の第１実施例を示す配置図で左右の人力駆動機構ユニットが平行に、それぞれ対を成す回転体と回転体からなる支持体の中心を結ぶ直線が鉛直方向を向くように配置されている。図１において、紙面手前側、すなわち自転車に乗車した状態で右側に位置する人力駆動機構ユニットを右ユニット、左側を左ユニットと呼ぶことにし、右ユニットの部品には一桁もしくは二桁の符号が当てられ、左側ユニットの部品には対応する右ユニットの部品の符号に二桁の０がつけられるものとする。
軸受、ナット、軸受等特に区別を要さない機械要素については左右とも同じ符号とする。
図２〜図９は本実施例における人力駆動機構の実施態様の詳細を説明するもので、図２は自転車全体を示す側面図、図３は図２のＹ−Ｙ矢視図、図４は図２のＸ−Ｘ矢視図、図５は図３のＡ−Ａ断面図、図６は図３のＢ−Ｂ断面図、図７は図３のＣ−Ｃ断面図、図８は図４のＤ−Ｄ矢視図、図９は図３のＥ−Ｅ断面図、図１０は図３の別態様図である。各部品の説明において、右ユニットについては全ての符号について説明するが、左ユニットについては輻輳を避けるため、必要な場合を除いて説明を省略する。
【００５８】
図１〜図９において、１および２は鉛直に配設された円柱３２に回転自在に取り付けられたそれぞれ第一回転体（スプロケット）および第一支持体（スプロケット）、１００および２００はそれぞれ第二回転体（スプロケット）および第二支持体（スプロケット）、３および３００はそれぞれ第一回転体１と第一支持体２、第二回転体１００と第二支持体２００に巻き掛けられた長円軌道を形成する無端駆動部材であるチェーン、４および４００はそれぞれ駆動力受けリンク１２、１２００、ペダル軸１７、１７００を介してチェーンを牽引するペダルである。ペダル４、４００は互いに位相を１／２周期ずらされている。
１０，１０００および１１、１１００はペダル軸１７、１７００をチェーンの移動面に対して常に垂直に保つそれぞれフリークランクおよびアーム、６はナット２６およびスペーサ２４，２５によって第一回転体１、第二回転体とともに駆動軸１５に固定された第三回転体であるチェーンリング、７は伝達チェーン８を介してチェーンリング６によって回転させられる後輪の従動軸スプロケットである。図７において、駆動軸１５は軸受２７を介して、円柱３２に貫通固定されたボス３４によって回転自在に保持されている。円柱３２は自転車のフレームであるダウンチューブ３０とシートチューブ３１の連結部中間で両者と溶接付けされている。
図１において、伝達チェーン８，従動軸スプロケット７，ダウンチューブ３０とシートチューブ３１等は従来技術によるものである。
【００５９】
図５において、フリークランク１０、１０００は夫々クランク軸１３、１３００の２面幅部分１３ａ、１３００ａに圧入固定され、軸受２８を介して円柱３２に貫通固定されたボス３３によって回転自在に保持されている。  クランク軸１３、１３００はクランクの動きによって空転する。
図６において、アーム１１はフリークランク１０に焼きばめ等で固定された連結軸１４に複列アンギュラー玉軸受２８を介して回転自在に取り付けられている。  左ユニットについても同様である。
フリークランクとアームの対は抑制手段を構成し、ペダルに力が加えられる時、ペダル軸をチェーンの移動面に対して常に垂直に保つ。 これにより、ペダルに運転者の足から確実に力が伝えられ、かつチェーン３、３００のリンクに曲げモーメントやねじりが作用しないため、チェーンそのものはその移動面に含まれる直線まわりのモーメントに対して高強度を必要としない。
したがって、軽量、薄肉のリンクを有するチェーン、例えば通常の自転車に用いられている多段変速用のものを用いることができる。
【００６０】
図４、図８において、ペダル４は図示されていない軸受（自転車のペダルに通常使用されている軸受でよい）によって回転自在にペダル軸１７に取付けられ、該ペダル軸はアーム１１の端部ボス１１ａの側面にねじ込まれることによって固定され、該ボス１１ａには針状ころ軸受２９が設けられ、駆動力受けリンク１２の軸部１２ａが挿入されている。
駆動力受けリンク１２のＵ字溝１２ｂにはチェーン３の一方の端部リンク３ａと他方の端部リンク３ｂが外リンクプレート２０を取り外してはめ合わされ、両端部リンク３ａと３ｂは夫々ブッシュ２３の内側を貫通するノックピン１８によって駆動力受けリンク１２のＵ字溝に回転自在に取付けられている。  ノックピン１８はピン１９と同一径で、ピン１９と同様に、ブッシュ２３に隙間を設けてはめ合わされ、ブッシュ２３の外周にはローラ２２が隙間をもってはめ合わされている。
【００６１】
したがって、チェーン３は前記Ｕ字溝１２ｂと２本のピン１８により無端駆動部材を構成している。針状ころ軸受２９と駆動力受けリンクの軸部１２ａは軸方向の相対変位を許容されるので、ペダル４に大きな踏込み力が作用しクランクやアームに多少の撓み、捩じりを生じても、ペダルが多少外側に変位するだけで、アームボス部１１ａの角度変化が小さいためチェーンには問題となるような曲げや捩じりは生じない。
また、ピン１８は両端をＵ字溝で支持されているため、チェーン３に働く牽引力（引張り力）によってピン１８に大きな応力が発生することはない。 軸受２９には針状ころ軸受の代わりに円筒ころ軸受やリニアブッシュ等の直動軸受を使用することもできる。
一般に針状ころ軸受や円筒ころ軸受では曲げモーメントが作用すると、ころの端部に大きな接触面圧が生じ、この部分から損耗しやすいことを考慮して、ころ端部に丸みをつけてもよい。
それにより、応力勾配が緩和され耐久性がさらに向上する。 また、前記軸部１２ａに肌焼き材を用い、薄い表層は高硬度で、その内部は柔らかい二層構造とすることも応力緩和上好ましい。
前記チェーン３については駆動力受けリンク１２とその取り付け方法を除いて、従来技術が使用可能である。
【００６２】
図９において、第一支持体２、第二支持体２００はナット２６およびスペーサ２５によって夫々遊動軸１６、１６００に固定され、軸受２７を介して、円柱３２に貫通固定されたボス３５によって回転自在に保持されている。
遊動軸１６、１６００はチェーン３，３００の動きに伴い空転する。
図１０に示されるように円柱３２を軸方向（上下方向）に２分割し、下部円柱３２ｂの上部小径部を上部円柱３２ａ内周部に滑動自在にはめ合せ、スプリング４２は下部円柱３２ｂに設けられたスプリング受け４１と上部円柱３２ａに設けられたスプリング押さえ４０とによって圧縮保持し、チェーン３をセットすることにより強く圧縮してもよい。  逆にチェーンはスプリングによって強く緊張させられている。
【００６３】
図１において、フリークランク１０の回転軸中心Ｏｃは第一回転体の中心Ｏ１と遊動軸の中心Ｏ２の中間に位置し、フリークランク１０の回転半径Ｌｃとアーム１１の回転半径Ｌａの和がペダル中心の最上位置もしくは最下位置とフリークランクの回転中心Ｏｃとの距離Ｈよりも若干大きくされている。
このようにすると、幾何学的に最下位置や最上位置が思案点や死点になることはない。
【００６４】
図１では、右ユニットが往行程にあり、ペダル４は運転者の足から下向きの力を加えられてチェーン３を矢印の向きに牽引している。  往行程の大曲率半径部（本実施例の場合は直線部分）においては、ペダル４に作用された力は１００％トルクに変換される。  したがって、この部分では図１３の最大回転力が維持される。
左のペダル４００には運転者の足もしくは下肢の重さが作用しているが、左のペダルが往行程終了時有していた左のペダルに付随する運動質量の運動エネルギーと右足の踏み込みによる動力の一部を消費することにより上昇することは、従来の自転車の場合と同様である。
また、前述した“往復動直線運動型人力駆動機構”とは違って、往行程の踏み込み開始時期においてペダルの移動速度は低下していないので、加速距離は必要でなく、全ての往行程で人力は回転力として伝達される。
この結果、本実施例の構成によれば、対を成す回転体と支持体の中心間距離、夫々のピッチ円半径によって変化するが、力学的には従来の自転車に比して１．２倍〜１．８倍の入力動力が得られる。
【００６５】
本実施例では対を成す回転体と回転体から構成される支持体のピッチ円半径が同一とされているが、夫々のピッチ円半径が相違していても本発明を好ましく適用できる。
本実施例では、無端駆動部材としてチェーンを用いて説明を進めたが、回転力を伝えうるものであればベルト、タイミングベルト、特殊チェーン、ロープ等どのようなものであっても本発明の構成に適用可能である。
【００６６】
本実施例では、変速機を設けていないが、従動軸スプロケットを多段、例えば９段とすることも、チェーンリングを１段でなく３段とすることも、本発明の趣旨を減ずることなく可能である。
【００６７】
本願発明者の多段変速機と組合わせた本実施例の試作試験結果によると、速度性能、登坂性能の上限を決定する主要因子は対を成す回転体と支持体（何れもスプロケット）の角速度であることが判明している。
また、立ち漕ぎの円滑さには、下側に配置されているスプロケットの角速度の大きさが関係する。 すなわち、ペダルがスプロケットを周回するとき、踝が大きい角速度に追随できないため方向転換に遅れが生じやすい、特に上に位置するスプロケットをペダルが周回する場合遠心力で足がペダルを離れやすい。
後者についてはペダルにバンド等で足を固定したり、意識して足をペダルに押し付けたりすることによって大きな角速度まで追随可能である。 また、慣れることによって解消する。
【００６８】
自転車の場合、目的、運転者層に応じてスプロケットのピッチ円半径が選定される。
上に配置されるスプロケットのピッチ円半径は、好ましくは５２ｍｍ（通常の自転車用チェーンを用いる場合には歯数２６）以上１１６ｍｍ（同歯数５７）以下、より好ましくは６４ｍｍ以上（同歯数３２以上）１０６ｍｍ（同歯数５２）以下、下に配置されるスプロケットのピッチ円半径は、好ましくは６４ｍｍ以上（同歯数３２）以上１１６ｍｍ（同歯数５７）以下）、より好ましくは７６ｍｍ以上（同歯数３８以上）１０６ｍｍ（同歯数５２）以下が選定される。
【００６９】
図１１は本発明を自転車に適用した場合の第２実施例を示す側面図で、フリークランクの回転中心がチェーンで構成される長円軌道外で、ペダルの後方のシートステー６０に位置している。その他の第１実施例との相違は、チェーンリング６の配置が下になっていること、左右の人力駆動機構ユニットが鉛直線から２６゜傾斜して自転車に配設されていること等である。
このように、フリークランクの回転中心を後輪側に配置すれば、悪路走行中にクランクやアームが障害物に当たることがなく、悪路走行を目的とするBMX車などに好ましく使用できる。  この実施例のように、チェーンリング６が下方に配置されると、伝達チェーン８が短くなるという利点がある。また、ペダルの最高、最低位置を従来の自転車と同一に保ったまま人力駆動機構を鉛直線から２６゜傾斜させているためペダルのストロークが大きくとれ、鉛直配置の場合に比して入力動力増が大きくなる。なお、ここで２６゜の傾斜は一例を示したに過ぎず、使用目的、対象者層によってこの角度は変化する。人力駆動機構を本実施例のように傾斜配置にすれば、運転者は手で操縦ハンドルを押さえ足でペダルを斜め後方に蹴る態勢になるため腰から臀部へかけての筋肉を使ってのペダル踏みが可能となり、容易に大きな力を発生できる。本実施例では、人力駆動機構の傾斜角度を選べば、運転者にとってランニングの姿勢に近い姿勢が可能となり、ペダルが下降するにつれ膝が伸びるため、膝関節への負担は大幅に軽減される。
【００７０】
図１２は本発明の人力駆動機構の第３実施例を説明する概念図である。回転体１のピッチ円半径と等しい半径Ｒを有する半円弧状の支持体である案内レール２と回転体１の間に無端駆動部材３が巻き掛けられている。回転体１と案内レール２との間の無端駆動部材の直線部長さは０．５πRとされている。 該無端駆動部材３には、ペダル４が設けられ、運転者はほぼ鉛直下向きにペダル４を矢印の方向に踏み込むことにより該無端駆動部材３を長円軌道に沿って移動させることにより回転体１を回転させ、駆動軸１５を回転させる。自転車の場合には、実施例１と同じく駆動軸１５にチェーンリングを固定し、さらに別の同一ユニットをペダルの位相を１／２周期ずらして配設する。車椅子の場合には、駆動軸１５が推進輪と共軸とされる。
ボート等では、駆動軸は船腹を貫いて船外に突出し、先端部に水車、プロペラ等の推進輪が設けられる。
無端駆動部材としては、チェーン、ロープ、タイミングギア等が用いられるが、チェーンを用いればチェーンのローラを案内レール２上で転動させることができるので、摩擦損失が小さい。
【００７１】
第３実施例を自転車に応用した場合に、従来型の自転車のクランク半径がR, ペダルの平均移動速度が従来型自転車と本実施例とで同一、無端駆動部材の直線域おいては往行程では図１３のクランク角度９０°、復行程では２７０°での回転力が維持され円周域では対応するクランク角度での図１３の回転力と等しい場合、本実施例では従来型の自転車に比して約１．１８倍の入力動力増となる。
【００７２】
物理的な意味での仕事は力と作用点の移動距離の積を云い、移動距離が０であればいかに力が大であっても物理的にはなした仕事は０である。一方、人体では、力を発生させるには筋肉を収縮させる必要があり、力の発生にはエネルギーの消費を伴う。  発生する力の時間積分がその力を維持するために消費されるエネルギーに大略比例すると考えることにする。そうすると人力はその人がそのとき消費している動力（仕事率）に大略比例することになる。運転者の片足が往行程においては方向にかかわらず一定力Ｆをペダルに作用させ、復行程では休んでいる（Ｆ＝０）とするならば、時間平均消費動力は両人力駆動機構で等しいことになる。  すなわち、エネルギー効率も約１．１８倍になるものと考えられる。
本実施例では、無端駆動部材の直線部長さは０．５πRとしたが、これを長くすると入力動力はさらに増大する。
【００７３】
図１４は本発明の人力駆動機構を自転車に適用した場合の第４実施例を示す側面図で、前記フリークランクの回転中心（クランク軸１３）がチェーンで構成される長円軌道外でペダル前方に位置し、左右の人力駆動機構ユニットは鉛直線から１５゜前方に傾斜して配置されている。
本実施例では、多段変速スプロケット７がディレイラー９とともに後輪に設けられ、人力駆動機構ユニットを支持するブラケットは、実施例１の円柱３２のように自転車のフレームに溶接付けではなく、別体となっており、下方で二股となっているダウンチューブ、シートチューブおよびチェーンステーの集合部である左右のボトムブラケットに挟まれて回転自在に保持されている。
該ブラケットは、走行状態に合わせて運転者が姿勢調整をできるようになっている。 また、第一、第二回転体とチェーンリングを有する駆動軸１５は第一実施例と違って下方に位置している。
第一実施例と同じく、遊動軸は図９と同様に、クランク軸は図５と同様に左右別体である。 第4実施例について以下に詳細に説明する。
【００７４】
図１４〜図２３は本実施例における人力駆動機構の実施態様の詳細を説明するもので、図１５は左右の人力駆動機構が取り外された状態での側面図を示し、チェーンリング６と多段変速スプロケット７の関係を示す図、図１６はさらにチェーンリング６と伝達チェーン８が取り外された状態での側面図、図１７は図１６において前記ブラケットおよびダウンチューブ、シートチューブの一部が自転車中心線を含む鉛直面で切断された部分断面図、図１８は図１７のH部詳細、図１９は図１６のG-G断面図、図２０は図１７のI部詳細、図２１は図１８のL部拡大図、図２２は図１８のJ矢視図、図２３は図１６のM矢視図である。
【００７５】
図１４〜図１９において、ダウンチューブ３０およびシートチューブ３１は、下方で二股になっており、夫々３０ａ（右側部材）、３０ｂ（左側部材）および３１ａ（右側部材）、３１ｂ（左側部材）に枝分かれし、三つの右側部材３０ａ、３１ａおよびチェーンステー４５の右部材４５ａはともに右側ボトムブラケット３７に集合させられてお互いに溶接接合されている。
同様に、ダウンチューブ、シートチューブ、チェーンステーの左側部材３０ｂ、３１ｂ、４５ｂは左側ボトムブラケット３８に集合させられてお互いに溶接接合されている。 図２３に示すように、ダウンチューブは一本の円形チューブから二本の略楕円チューブに枝分かれしている。
シートチューブについても同様である。
図１９において、右側ボトムブラケット３７および左側ボトムブラケット３８は、接続軸３９とナット８１により、ブラケット固定ボス７０ｇ内に設けられたディスタンスリング８３、２個の深溝玉軸受の内輪とともに堅く締付けて固定され、フレームの剛性を十分保ちつつブラケット本体７０の回転を許容している。
８２は左右のボトムブラケットが相互に回転することがないように位置決めするスプリングピンである。
【００７６】
図１８において、７０はブラケット本体、７１はブラケット本体７０の縦チューブ７０ｃに挿入されたブラケット伸縮部、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄはブラケット本体を構成する夫々トップチューブ、ダウンチューブ、縦チューブ、縦短チューブで、クランク軸ボス７０ｅ（実施例１の３３に相当）、駆動軸ボス７０ｆ（同３４に相当）、ブラケット固定ボス７０ｇとともに溶接付けされている。
このようにブラケット本体７０は円形チューブからなる三角形のラーメン構造とされているため、曲げ、捩じり剛性が大きく、ペダルに大きな力が加わり、アームおよびフリークランクを介してボス７０ｇを支点とする捩じりがボス７０ｅに作用しても、変形は極めて微小で、アームおよびフリークランクの抑制手段としての機能を確実なものとする。７１ａ、７１ｂはブラケット伸縮部を構成する夫々スライドチューブ、遊動軸ボス（実施例１の３５に相当）でお互いに溶接付けされている。
スライドチューブの下端にはガイドピン７５が打ち込まれたリング７１ａａが設けられ、該ガイドピンがブラケット７０の縦チューブ７０ｃに設けられた溝７０ｃａ（図２２参照）に案内されて動くよう構成され、クランク軸ボス、駆動軸ボス、遊動軸ボス、ブラケット固定ボス７０ｇの中心線の平行度が保持される。
【００７７】
ブラケット本体の縦チューブ７０ｃの内周とブラケット伸縮部のスライドチューブ７１ａの外周は対を成すスプロケットの中心間距離、すなわち駆動軸ボス７０ｆの中心と遊動軸ボス７１ｂの中心との距離を調節できるようにわずかに隙間が設けてあるが、縦チューブ７０ｃ上端に設けた１対の締付金具７９を六角穴付きボルト７８（ボルトの頭は締付金具の中に入っていて見えていない）で締付けることによって堅く固定されている（図２２参照）。図２２において、７０ｃｂはこの締付けを容易にするための縦チューブ７０ｃに設けられたスリットである。ここで、締付けによるスライドチューブの倒れが遊動軸ボス中心線と他のボスの中心線との平行度に影響しないように、締付けの方向は図１８、図２２に図示されるように各ボスの中心線に平行であることが好ましい。
【００７８】
図１８、図２１において、７１ｃは遊動軸ボス７１ｂに挿入されて溶接付けされた内面にネジを有する緊張ボルト座、７２は該緊張ボルト座７１ｃにねじ込まれ、内部にネジ７２ａを有する緊張調整ボルト、７３は上部のネジ７３ａを緊張ボルトの内部にねじ込まれ、下端はブラケット固定ボスにネジで固定された緊張ボルトである。７４は緩み防止のロックナットである。
上記緊張調整ボルトと緊張ボルトとの組合わせは一般に作動ネジ機構として知られている。 緊張調整ボルトの内外ネジピッチおよびネジの巻き方向の設定により微調整可能とすることも、短時間で緊張可能とすることもできる。
【００７９】
図１８、図２０において、９０はブラケット姿勢調整機構、９０ａは調整ハンドル、９０ｂは調整ハンドルに固定されトップチューブ３６に設けられたボス３６ａにネジ結合されたハンドル棒、９０ｄは球面ジョイント９０ｃにより上端を該ハンドル棒９０ｂ、下端をブラケット本体のクランク軸ボス７０ｅに設けた突起７０ｅａに夫々回転自在に連結された調整ロッドである。
調整ハンドル９０ａを回転させることにより、ハンドル棒が上下して、ブラケットの姿勢が調整される。
【００８０】
本実施例では、ブラケット７０は軸受を介して、左右のボトムブラケットに回転自在に保持されているが、勿論ボルトとナットによって直接締付けて固定することも好ましい。
【００８１】
図２４は本発明の人力駆動機構を自転車に適用した場合の第５実施例を示す側面図で、左右に設けられた同一構成の人力駆動機構ユニットの回転体が後輪と同一軸中心を有している。図２５は図２４のＫ矢視図（チェーンは図示していない）である。図２４において、これらの人力駆動機構ユニットは、右ユニットで説明すると、下側に設けられた回転体１と上側に設けられた案内レール２、チェーン３とから構成されている。右側ユニットの回転体１は図示されていない左側ユニットの回転体１００とともに夫々駆動軸１５の両端部に取付けられ、夫々の回転体の自転車中心線よりの内側にはシートステー６０とチェーンステー４５の集合部に設けられた軸受（図示されていない）があり、さらにこれらの軸受の自転車中心線よりの内側には駆動軸１５に直接もしくは遊星歯車機構等の変速機やラチェット機構を介して、後輪が取付けられている。変速機やラチェット機構の構成により、駆動軸１５は軸中心を同一にして、左右別体としてもよい。
図２５において、案内レール２および２００の厚さはチェーン３および３００（図示されていない）の内側リンクプレート内幅よりわずかに小さく、これらの案内プレートは円柱ステー６６、左右のリブ６５を介して右側シートステー６０ａ、左側シートステー６０ｂに固定されている。
ここで、案内レールを可動として、チェーン３および３００を緊張できるようにしてもよい。
【００８２】
本実施例では、人力駆動機構の回転体の駆動軸１５が後輪と軸中心を共有しているため、伝達チェーンおよびチェーンリングが使用されていない。また、本実施例では人力駆動機構が自転車本体のフレームによって直接支持され、特にフリークランクの回転中心が剛性の大きいボトムブラケットに設けられているので、高剛性の割に軽量である。したがって、本実施例は特にポータブルな折りたたみ自転車等に好ましく適用できる。
後輪のサイズは運転者の足が無理なくペダルを回転させることができる大きさとされ、好ましくは１４インチ以上２６インチ以下、より好ましくは１７インチ以上２２インチ以下とされる。
【００８３】
以上の説明では、回転体と支持体は一人力駆動機構ユニット当たりそれぞれ１個、対で使用されているが、チェーンをペダル等で直接牽引して最大回転力の持続期間を増大させるという本発明の趣旨が生かされる限り、複数個付けても本発明の範囲である。
【００８４】
【発明の効果】
本発明による人力駆動機構によれば入力動力が増大し、 例えば、自転車に適用した場合、速度、登坂性能ともに向上させることができる。さらに、本発明を３輪自転車、４輪自転車、車椅子、ボートおよび人力飛行機に適用した場合も同様に入力動力が増大し、速度、トルクともに増大させることが可能となる。
本発明をトレーニング機器に適用すれば、自転車、ボートを模した体力増強装置の提供が可能となる。また、人力駆動機構の大曲率半径部を鉛直配置とし、対を成す回転体と支持体の中心間距離を小さくしてペダルのストロークを短くすれば足、腰の動きが人の歩行とよく似た動きとなり、歩行練習器として歩行困難者のリハビリに好適に用いることができる。