(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクに固定されるクランク側シャフトと、
該クランク側シャフトに回転自由に取り付けられる歯車固定板と、
該クランク側シャフトに固定されるクランク側歯車と、
前記歯車固定板に回転自由に取り付けられるペダル側シャフトと、
前記歯車固定板に回転自由に取り付けられクランク側歯車と噛み合わされる連結歯車と、
前記ペダル側シャフトに固定され前記連結歯車と噛み合されるペダル側歯車と、
前記ペダル側シャフトに固定されるペダル本体と、
前記歯車固定板に設置されかつ前記ペダル本体を踏み込む足又は自転車フレームに直接又は間接的に固定される角度固定装置と、
からなり、
前記ペダル本体の回転速度を増幅または減少させて前記クランクに伝達させることを特徴とするペダル歯車機構。
【請求項２】
前記角度固定装置は前記歯車固定板に対して前後左右上下方向に揺動可能に設置され、前記ペダル本体を踏み込む際に発生する身体的なぶれや前記角度固定装置の圧力から発生する衝撃を分散することを特徴とする請求項１に記載のペダル歯車機構。
【請求項３】
前記角度固定装置は専用の靴に固定され、前記歯車固定板に対して着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のペダル歯車機構。
【請求項４】
前記クランク側歯車と前記ペダル側歯車を複数設置し、噛み合わせる歯車を変更可能に構成し、前記ペダル本体の回転速度の増幅または減少を任意に変更可能とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１の請求項に記載のペダル歯車機構。
【請求項５】
前記クランク側歯車、前記連結歯車、前記ペダル側歯車の代わりに、ベルト又はチェーン又は遊星歯車機構によって、前記ペダル本体の回転を前記クランクへ伝達させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１の請求項に記載のペダル歯車機構。
【発明の詳細な説明】
【技術文野】
【０００１】  本発明は主に人の足を動力とする回転式のペダル機構を持つ自転車等の推進機器やトレーニングマシンにおいて、上死点や下死点と呼ばれるペダル位置が回転周期の上方や下方にあり足からの力の伝達の困難な領域において、効率的なペダル回転運動を実現させる半固定式のペダル歯車機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  自転車はレクレーション、移動手段、競技スポーツとして人気が高く、全世界に普及されている。そのため自転車産業において、種々の自転車部品は高度に共通化され常に改良が続けられている。その中で大きく設計が見直されている自転車部品の一つに自転車用ペダル装置が挙げられる。【０００３】  ペダル回転による自転車を代表とする推進機器は最高水準の効率性を示しており、本発明による更なる効率性の向上は自転車利用の可能性を広げ、運動の促進による健康の改善や車やバイクなどの移動手段によるエネルギーの消費を抑制することによる環境問題改善の一助となる。【０００４】  ペダリング技術研究における成果として、脹脛の力はペダルを回転させるための動力として非効率的であり、アンクリングと呼ばれる足首の角度を変えるペダリングは回避されるべきとされている。【０００５】  アンクリングを積極的に行うことで高い成果を上げている一部のアスリートもいるが、現状のペダル装置における効率性の観点からはアンクリングは回避されるべきものと考えられ、いかに脹脛の力を必要最小限に抑えるかはペダリングの効率性において重要な問題となっている。【０００６】  世界基準で高度に共通化や標準化の進んでいる自転車の規格の中では、既存の規格に影響を及ぼさない容易かつ必要最小限の装置による発明の実施が求められている。【０００７】  これらの状況を打開するために、特願２０１１−１５７６１ではペダル本体の回転を固定することにより、ペダル本体に加えられた脹脛の力をクランクの回転に変換する発明がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願２０１１−１５７６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  一方で、この発明を利用時において、クランクの回転速度が速い場合にペダル本体の回転の力をクランクに伝えるためには、一定の速度以上で大きく足首を動かす必要があるが、足首を早く動かすことは困難でありかつ足首の稼動域は狭いため、十分に発明の効果が発揮できないという状況があった。同時に近年の傾向として、自転車は軽いギアを利用し一定以上のクランク回転速度を保つことが効率的と考えられており、この発明が効果を発揮するのが難しい状況が発生していた。【００１０】  本発明では、足首の角度の変化の基準を設置し、そこへ複数の歯車等を利用した回転速度加速装置を設置することで、ペダル本体の角度の変化を増幅、場合によっては減少させ、クランクへ効果的に力を伝達させることを可能とするペダル歯車機構の提供を可能とする。【００１１】  共通的な自転車規格を変えること無い簡素な構造によって、前記ペダル本体の回転を制御し脹脛の負担を減らした効率的なペダリング、および足首や脹脛に障害を有する人であっても容易にペダリングすることを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本発明のペダル歯車機構は歯車固定板２と、クランクに固定されかつ歯車固定板２に回転自由に取り付けられるクランク側シャフト１と、歯車固定板２に回転自由に取り付けられるペダル側シャフト３と、クランク側シャフト１に固定されるクランク側歯車４と、歯車固定板２に回転可能に設置されかつクランク側歯車４と噛み合わされる連結歯車１３と、ペダル側シャフト３に固定されかつ連結歯車１３と噛み合されるペダル側歯車５と、ペダル側シャフト３に固定されるペダル本体６と、歯車固定板２を脛に固定する為の角度固定装置７によって、角度固定装置７を基準とした足首の角度の変化は、ペダル本体７およびペダル側シャフト３の回転の力としてペダル側歯車５、クランク側歯車４、連結歯車１３、によって速度を増幅もしくは減少させて伝達され、クランク側シャフト１を任意の速度で回転させることを可能とする。【００１３】  前記クランク側歯車４とペダル側歯車５は力が加えられる角度のみ歯を有することを可能とし、本発明のペダル歯車機構を踏み込む際にのみ効果を発揮するなどの調整を行うことを可能とする。【００１４】  ペダル側シャフト３からクランク側シャフト１へ力を伝達することができれば、ペダル側歯車５、クランク側歯車４、連結歯車１３による実装以外に、ベルト連結、チェーン連結、遊星歯車連結等による実装を可能とする。【００１５】  前記角度固定装置７は前記ペダル本体６の角度の基準点となる物であれば脛以外の身体や自転車フレームなどへ直接又は間接的に固定することが可能であり、ペダル本体６の基準角度を任意に指定することを可能にする。【００１６】  前記角度固定装置７は前記歯車固定板２に対して前後左右上下方向に揺動可能に設置され、ペダルを踏み込む際に発生する身体的なぶれや角度固定装置７の圧力から発生する衝撃を分散すること可能とする。【００１７】  前記角度固定装置７を脛などの身体へ固定する場合には、固定による身体への負荷を軽減するために、その固定部位に合わせた任意の形状とすることを可能とする。【００１８】  専用靴８やそれに類する身体への固定装置へ本発明のペダル歯車機構の一部を分離設置することを可能とし、例えば角度固定装置７を専用靴８へ設置し歯車固定板２へ角度固定装置設置溝９を用意し、角度固定装置設置溝９へ角度固定装置７をはめ合わせることによって本発明のペダル機構を実施することを可能とする。【００１９】  ペダル側シャフト３とクランク側シャフト１をつなぐクランク側歯車４とペダル側歯車５を複数設置し、ラチェット装置１１またはその他の有効な歯車を変更するための装置によって噛み合わせる歯車を変更し、ペダル本体６の回転速度や回転角度を任意に変更することにより、走行状況に合わせた最適な作動へ歯車を変更することを可能とする。
【発明の効果】
【００２０】  本発明によって、足首の角度の変化を増幅または減少させることで、特願２０１１−１５７６１の発明のペダル本体の回転の力をクランクに伝える効果を増幅または減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係るペダル歯車機構の基本的な構成の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るペダル歯車機構において一部構成部品を専用の靴へ分離設置した場合の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るペダル歯車機構において一部構成部品を専用の靴へ分離設置した場合の斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るペダル歯車機構において２組の歯車を設置した場合の斜視図である。
【図５】本発明の利用効果を示す動作説明図である。
【図６】本発明の利用効果を示す動作説明図である。
【図７】本発明の利用効果を示す動作説明図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るペダル歯車機構の基本的な構成の変形例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るペダル歯車機構の基本的な構成の変形例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るペダル歯車機構の遊星歯車を用いた場合における基本的な構成の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】  図１では実施形態の一例について斜視図にて説明している。クランクに固定されるクランク側シャフト１には歯車固定板２が回転自由に取り付けられ、クランク側シャフト１にクランク側歯車４は固定され、連結歯車１３は歯車固定板２に回転自由にかつクランク側歯車４と噛み合わされるように取り付けられており、ペダル側シャフト３は歯車固定板２に回転自由に取り付けられており、ペダル側歯車５は連結歯車１３と噛み合わされるようにペダル側シャフト３に固定され、ペダル側シャフト３にはペダル本体６が固定され、角度固定装置７は歯車固定板２に設置される。
【００２３】  ここでペダル側シャフト３とクランク側シャフト１をつなぐクランク側歯車４とペダル側歯車５と連結歯車１３とこれらを固定もしくは動作させるための歯車固定版２は、ペダル本体６の回転に伴って発生する回転力をクランク１２に伝えることができればどのような形状や機構や設置方法を用いても良い。具体的には遊星歯車やベルト接続、シャフト接続などによっても機能を代替できる。その他、シャフト側歯車４をクランク１２へ直接固定する、ペダル側歯車をペダル本体に直接固定する等の設置方法によっても機能を代替できる。
【００２４】  ここでペダル側シャフト３とクランク側シャフト１をつなぐクランク側歯車４とペダル側歯車５は機能の範囲を任意に限定するためにさまざまな形状とすることが可能である。具体的には、歯車の一部から歯を削ることや、楕円の歯車を利用すること、クラッチの様に動的に力の伝達を制御するなどでも本発明の効果を発揮する範囲を制御することができる。
【００２５】  ここでペダル側シャフト３からクランク側シャフト１へ力を伝達することができれば、歯車、チェーン、ベルト、シャフト当の部品はどのような大きさや数であっても良い。具体的には偶数の歯車を利用することでクランクへペダル本体の回転と逆向きの力の伝達の実現や、極端に大きな歯車を利用することでペダル本体がほとんど回転しないような機能等を実装できる。
【００２６】  ここで角度固定装置７は任意の位置に固定できればどのような形状でも良い。具体的にはひもやベルトなどで巻き付ける方法や、複数の板ではさみこむ方法や、磁力を利用した固定などでも機能を代替できる。
【００２７】  ここで歯車固定板２は歯車を設置できればどのような形状でもよい。具体的には遊星歯車装置を利用してペダル側シャフトとクランク側シャフトを直接接続する方法などでも機能を代替できる。
【００２８】  前記角度固定装置７は前記ペダル本体６に対する角度の基準点となる物であれば脛以外の身体や自転車フレームなどへ固定することが可能であり、ペダル本体６の基準角度を任意に指定することを可能にする。
【００２９】  ここで、前記角度固定装置７を任意の場所へ固定する方法はどのような方法であっても良い。紐や専用の接続器具の利用や、磁力やマジックテープなどを利用しても機能を実装できる。
【００３０】  前記角度固定装置７は前記歯車固定板２に対して前後左右上下方向に揺動可能に設置され、ペダルを踏み込む際に発生する身体的なぶれや角度固定装置７の圧力から発生する衝撃を分散吸収すること可能とする。
【００３１】  ここで前記角度固定装置７は任意の場所へ固定することができればどのような形状であっても良い。脛などの身体へ固定する場合には、固定による身体への負荷を軽減するために、その固定部位に合わせた球面やＶ字といった任意の形状や、やわらかい素材の利用によって固定する部位の形状や動きに対応する実装ができる。
【００３２】  図２および図３では本発明のペダル歯車機構の一部を専用の靴やそれに類する身体への固定装置へ分離設置する場合の実施形態の一例について斜視図にて示している。図２では専用靴８に角度固定装置７を分離設置し、歯車固定板２には角度固定装置７を設置する為の角度固定装置設置溝９を設け、専用靴８をペダル本体６に乗せた場合には角度固定装置７は角度固定装置設置溝９に固定され本発明のペダル歯車機構を実施することが出来る。
【００３３】  図３では専用靴８に角度固定装置７とペダル本体６とペダル側シャフト３を分離設置し、歯車固定板２には角度固定装置７を設置する為の角度固定装置設置溝９とペダル側シャフト３を設置する為のシャフト設置孔１０を設け、歯車固定板２の角度固定装置設置溝９に角度固定装置７を固定し歯車固定板２のシャフト設置孔１０にはペダル側シャフト３を固定することで本発明を実施することが出来る。
【００３４】  ここで分理設置した本発明のペダル機構を結合させるための機能を有していれば、角度固定装置設置溝９、シャフト設置孔１０といった結合のための機構はどのような形状であってもよい。具体的にはネジやレバーを用いた固定方法や、磁力、マジックテープを用いることによっても機能を代替することができる。
【００３５】  ここで分離設置する本発明のペダル歯車機構の一部はどのような組み合わせであっても良い。具体的にはペダル本体６とペダル側シャフト３を専用靴８に設置する組み合わせや、全ての構成を専用靴８に設置しクランクと直接固定する組み合わせなどでも本発明を実施することができる。
【００３６】  図４ではクランク側歯車４とペダル側歯車５を複数設置した場合の実装形態の一例について斜視図にて示している。ペダル側シャフト３とクランク側シャフト１にそれぞれレバーで制御できるラチェット装置１１ａ、１１ｂが設置されたクランク側歯車４ａ、４ｂとペダル側歯車５ａ、５ｂの２つ組み合わせが設置されており、有効化したい歯車のラチェット装置１１ａまたは１１ｂを有効にすることによって本発明の実施をすることが出来る。
【００３７】  ここで任意の歯車を有効にする制御方法はどのような方法であってもよい。具体的には歯車自体をシャフトにそってスライドさせ歯車を噛み合なくさせる方法などが考えられる。図５、図６、図７ではペダル本体６を透視しながら本発明を横から見た図を用いて、角度固定装置７を垂直状態でペダル本体６を回転させた場合に、クランク側歯車４、ペダル側歯車５、連結歯車１３の回転とそれに伴うクランク１２の回転について説明している。
【００３８】  本発明のペダル歯車機構を利用した場合では、ペダル本体６の回転に対するクランク１２の回転は、クランク側歯車４およびペダル側歯車５の歯車の歯数比率で加速される。図５〜図７では、クランク側歯車４の歯は６個に対してペダル側歯車は１６個であるため、歯車の比率より計算すると３３．７５度のペダル本体の回転でクランクを９０度回転させることができると計算できる。また、前記クランク側歯車、前記連結歯車、前記ペダル側歯車の代わりに、チェーン（図８および図９参照）又はベルト又は遊星歯車機構（図１０参照）によって、ペダル本体６の回転をクランク１２へ伝達させてもよい。
【００３９】  本発明のペダル歯車機構のない特願２０１１−１５７６１にあるような半固定式ペダルでは、クランク１２を９０度回転させるためにはペダル本体６を９０度回転させる必要があるのに対して、本発明を利用することによりペダル本体６回転力を増加し少ないペダル本体６の回転でクランクを回転させることができる。
【００４０】  既存の自転車の規格に影響を与えることの無い実現方法であるため、既に利用されている自転車に対しても単純なペダルの取り替えを行うだけで本発明を実装することが可能となる。
【００４１】  角度固定装置の設置には自転車フレーム等の静的な基準点だけでなく、脛などの動的な基準点を利用できるため、立ち乗りなどの搭乗者の動きに合わせた変更を行うことができる。
【００４２】  複数の歯車を用意し有効な歯車を変更することによって、踏込みの時だけ効果を発揮する歯車やペダル本体の角度を平行から徐々に変更させる歯車などの利用を任意に制御することで坂道での走行や立ち乗りと言った状況に合わせた最適な実施を可能とする。
【００４３】  図８ではチェーン接続を利用した場合の実施形態の１例を示している。クランクに固定されるクランク側シャフト１には歯車固定板２が回転自由に取り付けられ、クランク側シャフト１にクランク側歯車４は固定され、ペダル側シャフト３は歯車固定板２に回転自由に取り付けられており、ペダル側歯車５はペダル側シャフト３に固定され、
ペダル側シャフト３にはペダル本体６が固定され、角度固定装置７は歯車固定版固定板２に設置され、クランク側歯車４とペダル側歯車５を接続させるように連結チェーン１４が設置される。
【００４４】  図９ではチェーン接続を利用しペダル側シャフトをクランク側シャフトへ１つにまとめた場合の実施形態の１例を示している。クランクに固定されるクランク側シャフト１には歯車固定板２が回転自由に取り付けられ、クランク側歯車４はクランク側シャフト１に固定され、ペダル本体６はクランク側シャフト１に回転自由に設置され、ペダル側歯車５はペダル本体６に固定され、連結シャフト１５は歯車固定板２に回転自由に取り付けられ、連結歯車１３ａは連結シャフト１５に固定され、連結歯車１３ｂは連結シャフト１５に固定され、連結チェーン１４ｂはクランク側歯車４と連結歯車１３ｂを接続するように設置され、連結チェーン１４ａはペダル側歯車５と連結歯車１３ａを接続するように設置され、角度固定装置７は歯車固定版固定板２に設置される。
【００４５】  ここで、利用するチェーンと歯車はどのような形状は数であっても良い。具体的には、クランク側歯車４またはペダル側歯車５に歯数の違う歯車を追加で設置し、減速、加速の割合を変更することもできる。
【００４６】  図１０では遊星歯車による接続を利用した場合の実施形態の１例を示している。クランク１２にクランク側シャフト１は固定され、クランク側歯車４は太陽歯車としてクランク側シャフト１に固定され、歯車固定板２はクランク側シャフト１に回転自由に設置され、角度固定装置７は歯車固定板２に固定され、連結歯車１３は内歯車として歯車固定板２に固定され、ペダル本体６は遊星キャリアとして回転自由にクランク側シャフト１に設置され、ペダル側歯車５は遊星歯車として回転自由にペダル本体６に設置される。
【符号の説明】
【００４７】１．クランク側シャフト
２．歯車固定板
３．ペダル側シャフト
４．クランク側歯車
５．ペダル側歯車
６．ペダル本体
７．角度固定装置
８．専用靴
９．角度固定装置設置溝
１０．シャフト設置孔
１１．ラチェット装置
１２．クランク
１３．連結歯車
１４．連結チェーン
１５．連結シャフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005386766.tif 000008
【図８】
0005386766.tif 000009
【図９】
0005386766.tif 000010
【図１０】
0005386766.tif 000011