(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ホイールの軸である第１定支点軸を以って支持された主動クランクを備え；上記駆動ホイール付近のフレームに第２定支点軸を以って支持された従動クランクを備え；上記主動クランクの遊離端に第１遊支点軸を以って連結され且つ従動クランクの遊離端に第２遊支点軸を以って連結された連結レバーを備え；該連結レバーの上記第２遊支点軸側の端部とは反対側の端部であって第１遊支点軸から離間する端部に取り付けられたペダルを備え；上記ペダルに与えた踏み込み力によって上記主動クランクを上記第１定支点軸を中心として駆動ホイールと一体に回転せしめ；該主動クランクの回転運動を上記連結レバーを介して従動クランクに伝達し、該従動クランクを上記第２定支点軸を中心として揺動せしめることにより、上記ペダルを非円形軌跡を以って回転させるようにした自転車におけるペダルクランク機構であって；下記のＡ乃至Ｆの構成を備える自転車におけるペダルクランク機構。
Ａ．上記第２定支点軸は第１定支点軸の後側であって且つ第１定支点軸の上側に配置し且つ上記駆動ホイール付近の後輪軸から斜め上前方に延びる車体フレーム上に配置する。
Ｂ．上記第１定支点軸と第２定支点軸を結ぶ線と該第１定支点軸を通る水平線とで形成する角度を３０度から６０度の範囲に設定する。
Ｃ．上記従動クランクは上記第２定支点軸から上記第１、第２定支点軸間を結ぶ線より下側へ延ばされ、同クランクの遊離端の第２遊支点軸が上記第１、第２定支点軸間を結ぶ線の下側において揺動するように配置されている。
Ｄ．上記第１定支点軸と第２定支点軸間の距離Ｓ１と、上記第１定支点軸と第１遊支点軸間の距離Ｓ２、上記第２定支点軸と第２遊支点軸間の距離（従動クランクの長さ）Ｓ３と、第１遊支点軸と第２遊支点軸間の距離Ｓ４との関係を、Ｓ１＞Ｓ２、Ｓ２＜Ｓ３及びＳ４、Ｓ１＞Ｓ３及びＳ４、Ｓ３≒Ｓ４に設定する。
Ｅ．上記ペダルはその全回動軌跡において上記第２遊支点軸と第１遊支点軸を結ぶ線の延長線より下位に配置されている。
Ｆ．上記ペダルは主動クランクの第１定支点軸と従動クランクの第２定支点軸の間を通る非円形軌跡を以って回転し、上記第１定支点軸が該非円形軌跡の内域に存する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自転車におけるペダルクランク機構であって、特開平１１−２６３２７５号公報に開示された「揺動支点を有する駆動力入力装置を用いた自転車」の改善に係る。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に開示されたペダルクランク機構を本発明における用語を用いて説明すると、同機構は駆動ホイール２６の軸である第１定支点軸２５を以って支持された主動クランク２４を備え、上記駆動ホイール２６付近のフレームに第２定支点軸３１を以って支持された従動クランク２１を備え、上記主動クランク２４の遊離端に第１遊支点軸３５を以って連結され且つ従動クランク２１の遊離端に第２遊支点軸３２を以って連結された連結レバー２２を備える。
【０００３】
又上記連結レバー２２の上記第２遊支点軸３２側の端部とは反対側の端部であって第１遊支点軸３５から離間する端部に取り付けられたペダル２３を備える。
【０００４】
そして上記ペダル２３に与えた踏み込み力によって上記主動クランク２４を上記第１定支点軸２５を中心として駆動ホイール２６と一体に回転せしめ、該主動クランク２４の回転運動を上記連結レバー２２を介して従動クランク２１に伝達し、該従動クランク２１を上記第２定支点軸３１を中心として揺動せしめることにより、上記ペダル２３を非円形軌跡（ペダル軌跡）Ｔを以って回転させるようにしている。
【０００５】
又特許文献１の自転車におけるペダルクランク機構は、本発明のそれと対比される下記のＡ′乃至Ｄ′の構成を備える。
【０００６】
Ａ′．上記第２定支点軸３１が第１定支点軸２５を通る水平線上、即ち前輪１の軸１ａと後輪２の軸２ａを結ぶ線上に配置されている。
【０００７】
Ｂ′．上記従動クランク２１は上記第２定支点軸３１から上記第１、第２定支点軸２５，３１間を結ぶ線より上側へ延ばされ、同クランク２１の遊離端の第２遊支点軸３２が上記第１、第２定支点軸２５，３１間を結ぶ線の上側において揺動するように配置されている。
【０００８】
Ｃ′．上記連結レバー２２はくの字形に屈曲された形態を有し、その中間屈曲点を上記第１遊支点軸３５を以って主動クランク２４の遊離端に連結されており、上記ペダル２３は上記連結レバー２２の第１遊支点軸３５から第２遊支点軸３２とは反対側へ延びる連結レバー２２部分の端部に取り付けられている。
【０００９】
Ｄ′．上記ペダル２３は主動クランク２４の第１定支点軸２５の前方において回転し、同前方における上下方向に長く、左右方向に狭い変形長楕円軌跡（ペダル軌跡）Ｔを以って回転し、上記主動クランク２４の第１定支点軸２５が該変形長楕円軌跡Ｔの外域に存する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−２６３２７５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
然るに上記特許文献１に示す自転車におけるペダルクランク機構は、その図５等に示す、上下方向に長く、左右方向に狭い変形長楕円軌跡（ペダル軌跡）Ｔから理解されるように、全体としてはペダル踏み込み力の力率が向上する利点を有するが、先行例は右脚と左脚で交互になされる上部回動死点から下部回動死点へ向けてのペダル踏み込み時の回動軌跡において、主として縦方向のペダル踏み込み力が必要となり、これが疲労の原因となる。
【００１２】
又脚部全体の筋肉のバランスの視点から考察すると、主としてペダルを縦方向に上下させるための局部筋肉に負担が加わり、結果として上記疲労を助長する問題を有し、総じて長距離運転には適さない。
【００１３】
又戻り軌跡において脚部に不自然な折れ曲がり形態を強い、操車しにくく疲労を助長する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を適切に解決する自転車におけるペダルクランク機構を提供することを目的としている。
【００１５】
このペダルクランク機構は駆動ホイールの軸である第１定支点軸を以って支持された主動クランクを備え、上記駆動ホイール付近のフレームに第２定支点軸を以って支持された従動クランクを備え、上記主動クランクの遊離端に第１遊支点軸を以って連結され且つ従動クランクの遊離端に第２遊支点軸を以って連結された連結レバーを備える。
【００１６】
又上記連結レバーの上記第２遊支点軸側端部とは反対側の端部であって第１遊支点軸から離間する端部に取り付けられたペダルを備える。
【００１７】
そして上記ペダルに与えた踏み込み力によって上記主動クランクを上記第１定支点軸を中心として駆動ホイールと一体に回転せしめ、該主動クランクの回転運動を上記連結レバーを介して従動クランクに伝達し、該従動クランクを上記第２定支点軸を中心として揺動せしめることにより、上記ペダルを非円形軌跡を以って回転させるようにした自転車におけるペダルクランク機構である。
【００１８】
更に本発明に係る自転車におけるペダルクランク機構は、特許文献１の上記構成Ａ′乃至Ｄ′と対比される下記のＡ乃至Ｆの構成を備える。
【００１９】
Ａ．上記第２定支点軸は第１定支点軸の後側であって且つ第１定支点軸の上側に配置し且つ上記駆動ホイール付近の後輪軸から斜め上前方に延びる車体フレーム上に配置する。
【００２０】
Ｂ．上記第１定支点軸と第２定支点軸を結ぶ線と該第１定支点軸を通る水平線とで形成する角度を３０度から６０度の範囲に設定する。
Ｃ．上記従動クランクは上記第２定支点軸から上記第１、第２定支点軸間を結ぶ線より下側へ延ばされ、同クランクの遊離端の第２遊支点軸が上記第１、第２定支点軸間を結ぶ線の下側において揺動するように配置されている。
【００２１】
Ｄ．上記第１定支点軸と第２定支点軸間の距離Ｓ１と、上記第１定支点軸と第１遊支点軸間の距離Ｓ２、上記第２定支点軸と第２遊支点軸間の距離（従動クランクの長さ）Ｓ３と、第１遊支点軸と第２遊支点軸間の距離Ｓ４との関係を、Ｓ１＞Ｓ２、Ｓ２＜Ｓ３及びＳ４、Ｓ１＞Ｓ３及びＳ４、Ｓ３≒Ｓ４に設定する。
【００２２】
Ｅ．上記ペダルはその全回動軌跡において上記第２遊支点軸と第１遊支点軸を結ぶ線の延長線より下位に配置されている。
Ｆ．上記ペダルは主動クランクの第１定支点軸と従動クランクの第２定支点軸の間を通る非円形軌跡を以って回転し、上記第１定支点軸が該非円形軌跡の内域に存する。
【００２３】
上記構成のペダルクランク機構により、上部回動死点から下部回動死点へ向けてのペダル踏み込み軌跡において、縦方向と前後方向の合成により左側脚部と右側脚部を動かし、両脚部に交互に加わる局部負担を軽減した。
【００２４】
よって一方の脚部のペダルの上部回動死点から下部回動死点へ向けての踏み込み軌跡において、脚部全体の筋肉をバランス良く使用し、加えて他方の脚部のペダルの下部回動死点から上部回動死点へ向けての戻り軌跡においては、同脚部に不自然な折れ曲がり状態を形成せずに自然に上部回動死点へ復帰させて次の踏み込みに供するようにし、結果的に疲労を生じさせずに力率の向上をも図り得るようにした。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図１乃至図８に基づき説明する。
【００２６】
図２において１は軸３を中心に回転する前輪、２は軸４を中心に回転する後輪であり、前輪１と後輪２間に配置された駆動ホイール５と後輪２の従動ホイール６間に無端チェーン７等の無端伝導体が懸装され、駆動ホイール５の回転駆動力を無端チェーン７を介して後輪２に伝え走行する。
【００２７】
上記前輪１と後輪２は等径であり、上記駆動ホイール５の軸８は上記前輪１の軸３と後輪２の軸４を結ぶ線Ｌ１の線上、即ち略水平線Ｌ１上に配置されている。
【００２８】
図３乃至図７に示すように、この駆動ホイール５の軸８、即ち第１定支点軸８を以って支持された主動クランク９を備え、上記駆動ホイール５付近の後輪軸４から斜め上前方に延びる車体フレーム１０上に第２定支点軸１１を以って支持された従動クランク１２を備える。
【００２９】
更に上記主動クランク９の遊離端に第１遊支点軸１３を以って連結され、且つ従動クランク１２の遊離端に第２遊支点軸１４を以って連結された連結レバー１５を備える。
【００３０】
即ち連結レバー１５の一端を主動クランク９の遊離端に第１遊支点軸１３を以って連結し、他端を従動クランク１２の遊離端に第２遊支点軸１４を以って連結し、両クランク９，１２の遊離端間を連結する。
【００３１】
上記連結レバー１５の上記第２遊支点軸１４側の端部とは反対側の端部であって第１遊支点軸１３から離間する端部にペダル１６を取り付ける。
【００３２】
そして上記ペダル１６に与えた踏み込み力によって上記主動クランク９を上記第１定支点軸８を中心として駆動ホイール５と一体に回転せしめ、該主動クランク９の回転運動を上記連結レバー１５を介して従動クランク１２に伝達し、該従動クランク１２を上記第２定支点軸１１を中心として揺動せしめることにより、上記ペダル１６を非円形軌跡Ｔを以って回転せしめる。
【００３３】
更に本発明に係る自転車におけるペダルクランク機構は、特許文献１の前記構成Ａ′乃至Ｄ′と対比される下記の構成を備える。
【００３４】
上記第２定支点軸１１が第１定支点軸８の後側であって且つ第１定支点軸８の上側に配置されている。
【００３５】
好ましい例示として図１に示すように、第２定支点軸１１は第１定支点軸８に対し、即ち第１定支点軸８を通る水平線Ｌ１に対し、３０度から６０度の角度、例えば略４５度の角度αを以って斜め上後方に配置する。換言すると上記第１定支点軸８と第２定支点軸１１を結ぶ線Ｌ２と、水平線Ｌ１とで形成する角度αを略４５度等に設定する。
【００３６】
上記従動クランク１２は上記第２定支点軸１１から上記第１、第２定支点軸８，１１間を結ぶ線Ｌ２より下側へ延ばされ、同クランク１２の遊離端の第２遊支点軸１４が上記第１、第２定支点軸８，１１間を結ぶ線Ｌ２の下側において揺動するように配置されている。Ｅは第２遊支点軸１４の揺動軌跡を示す。
【００３７】
図１に示すように、上記主動クランク９の長さ、即ち第１定支点軸８と第１遊支点軸１３間の距離Ｓ２は、第１定支点軸８と第２定支点軸１１間の距離Ｓ１より短く設定する。
【００３８】
他方従動クランク１２の長さ、即ち第２定支点軸１１と第２遊支点軸１４間の距離Ｓ３は、第１定支点軸８と第２定支点軸１１間の距離Ｓ１より僅かに短くし、上記距離Ｓ２よりは長く設定する。
【００３９】
同様に連結レバー１５の長さ、即ち第１遊支点軸１３と第２遊支点軸１４間の距離Ｓ４は、第１定支点軸８と第２定支点軸１１間の距離Ｓ１より僅かに短くし、上記距離Ｓ２よりは長く設定する。
【００４０】
従って従動クランク１２の長さである距離Ｓ３と、連結レバー１５の長さである距離Ｓ４とは略等しくする。
【００４１】
以上好ましい例示として、Ｓ１＞Ｓ２、Ｓ２＜Ｓ３及びＳ４、Ｓ１＞Ｓ３及びＳ４、Ｓ３≒Ｓ４に設定する。従ってＳ１＋Ｓ２＜Ｓ３＋Ｓ４の関係にする。
【００４２】
上記ペダル１６は上記連結レバー１５の第１遊支点軸１３付近の突出端１７に取り付け、且つ主動クランク９の遊離端付近に配置し、その全回動軌跡において上記第２遊支点軸１４と第１遊支点軸１３を結ぶ線の延長線より下位に配置する。
【００４３】
上記連結レバー１５の上記第２遊支点軸１４側の端部とは反対側の端部を形成する上記第１遊支点軸１３の外側の突出端１７上であって、且つ第１遊支点軸１３から離間する突出端１７上に上記ペダル１６を回転可に軸支する。
【００４４】
上記第２遊支点軸１４とペダル１６の軸を結ぶ距離Ｓ５は、距離Ｓ２及びＳ３より長く設定し、距離Ｓ１とは等しいか、長く設定する。即ちＳ１≒Ｓ５＞Ｓ２及びＳ３に設定する。
【００４５】
該ペダル１６は主動クランク９の第１定支点軸８と従動クランク１２の第２定支点軸１１の間を通る非円形軌跡Ｔを以って回転し、上記第１定支点軸８が該非円形軌跡Ｔの内域に存する。
【００４６】
即ちペダル１６は図３乃至図７の非円形軌跡Ｔを辿って回転する。
【００４７】
詳述すると図３に示すように、一方のペダル１６が非円形軌跡Ｔ上の上部回動死点Ｐ１に存する時、主動クランク９は上側に延び、従動クランク１２は下側に延び、即ち互いに上下逆方向に並行して延び、従動クランク１２遊離端の第２遊支点軸１４は揺動軌跡Ｅの途中に存し、連結レバー１５は主動クランク９と従動クランク１２の互いに上下逆方向に存する各遊離端間を斜めに延びる。この時他方のペダル１６は図６に示す下部回動死点Ｐ３に存する。
【００４８】
次に図４に示すように、一方のペダル１６が軌跡Ｔの上部回動死点Ｐ１から前部回動死点Ｐ２に回動した時、主動クランク９と連結レバー１５とは略重なり合った状態を形成し、従動クランク１２遊離端の第２遊支点軸１４は揺動軌跡Ｅの前部揺動死点Ｐ５に存する。この時他方のペダル１６は図７に示す後部回動死点Ｐ４に存する。
【００４９】
上記上部回動死点Ｐ１から前部回動死点Ｐ２への回動軌跡Ｔ１は弧形である。
【００５０】
次に一方のペダル１６が図４の前部回動死点Ｐ２から図５に示す回動過程を経て、図６に示す軌跡Ｔの下部回動死点Ｐ３に回動した時、主動クランク９と従動クランク１２は互いに同方向（下側）に並行して延び、従動クランク１２遊離端の第２遊支点軸１４は揺動軌跡Ｅの途中に存し、連結レバー１５は主動クランク９と従動クランク１２の下側に存する両遊離端間を斜めに延びる。この時他方のペダル１６は図３に示す上部回動死点Ｐ１に存する。
【００５１】
上記前部回動死点Ｐ２から下部回動死点Ｐ３への回動軌跡Ｔ２は弧形である。
【００５２】
次に図７に示すように、一方のペダル１６が軌跡Ｔの下部回動死点Ｐ３から後部回動死点Ｐ４に回動した時、主動クランク９と連結レバー１５とは略伸長状態を形成し、従動クランク１２遊離端の第２遊支点軸１４は揺動軌跡Ｅの後部揺動死点Ｐ６に存する。この時他方のペダル１６は図４に示す前部回動死点Ｐ２に存する。
【００５３】
上記ペダル１６の下部回動死点Ｐ３から後部回動死点Ｐ４への回動軌跡Ｔ３は、上記上部回動死点Ｐ１から下部回動死点Ｐ３に至る回動軌跡Ｔ１，Ｔ２の弧形に対し、曲率の小又は同等の弧形であり、第１定支点軸８に近づくように食い込む弧形である。
【００５４】
次に一方のペダル１６は図７に示す後部回動死点Ｐ４から、図３に示す上部回動死点Ｐ１へ向け略直線に近い回動軌跡Ｔ４を以って同死点Ｐ１に復帰する。この時他方のペダル１６は図６に示す下部回動死点Ｐ３に存する。
【００５５】
図８Ａは上記実施形態として示した自転車におけるペダルクランク機構における、ペダル１６の非円形軌跡Ｔを示し、図８Ｂは特許文献１における、それの非円形軌跡Ｔを示している。
【００５６】
特許文献１の非円形軌跡Ｔは上下に長く、左右に狭い変形長楕円軌跡であり、これに対し上記実施形態における非円形軌跡Ｔは、この変形長楕円軌跡の上下の長さを適度に圧縮し、且つ左右に広い非円形軌跡である。
【００５７】
上記構成のペダルクランク機構により、上部回動死点Ｐ１から下部回動死点Ｐ３へ向けてのペダル踏み込み回動軌跡において、縦方向と前後方向の合成により左側脚部と右側脚部を動かし、両脚部に交互に加わる局部負担を軽減できる。
【００５８】
よってペダル１６の上部回動死点Ｐ１から下部回動死点Ｐ３へ向けての踏み込み軌跡において、脚部全体の筋肉をバランス良く使用し、疲労の蓄積を防止できる。
【００５９】
加えてペダル１６の下部回動死点Ｐ３から上部回動死点Ｐ１へ向けての戻り回動軌跡においては、脚部に不自然な折れ曲がり状態を形成せずに自然に上部回動死点Ｐ１へ復帰させて次の踏み込みに供するようにし、結果的に疲労の助長を招かない。併せて力率の向上をも図ることができる。
【００６０】
請求範囲に特定した構成を採ることにより、少なくとも図８Ａに示す非円形軌跡Ｔに類する軌跡、即ち先行例の変形長楕円軌跡を改善する軌跡を得ることができ、上記効果を奏ずる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自転車におけるペダルクランク機構における各要素の位置や寸法を線図を以って示す説明図。
【図２】上記ペダルクランク機構を具備する自転車の側面図。
【図３】上記ペダルクランク機構のペダルが上部回動死点に存する状態を示す側面図。
【図４】上記ペダルクランク機構のペダルが前部回動死点に存する状態を示す側面図。
【図５】上記ペダルクランク機構のペダルが前部回動死点と下部回動死点の中間に存する状態を示す側面図。
【図６】上記ペダルクランク機構のペダルが下部回動死点に存する状態を示す側面図。
【図７】上記ペダルクランク機構のペダルが後部回動死点に存する状態を示す側面図。
【図８】Ａは本願発明の実施形態例におけるペダル軌跡、Ｂは特許文献１のペダル軌跡を夫々示す図。
【符号の説明】
１…前輪、２…後輪、３…前輪の軸、４…後輪の軸、５…駆動ホイール、６…従動ホイール、７…無端チェーン、８…第１定支点軸、９…主動クランク、１０…車体フレーム、１１…第２定支点軸、１２…従動クランク、１３…第１遊支点軸、１４…第２遊支点軸、１５…連結レバー、１６…ペダル、１７…突出端、Ｌ１…前輪の軸と後輪の軸を結ぶ線、Ｌ２…第１定支点軸と第２定支点軸を結ぶ線、α…第２定支点軸の配設角度、Ｓ１…第１定支点軸と第２定支点軸間の距離、Ｓ２…第１定支点軸と第１遊支点軸間の距離、Ｓ３…第２定支点軸と第２遊支点軸間の距離、Ｓ４…第１遊支点軸と第２遊支点軸間の距離、Ｓ５…第２遊支点軸とペダル軸間の距離、Ｔ…ペダル軌跡である非円形軌跡、Ｅ…従動クランクの揺動軌跡、Ｐ１…ペダルの上部回動死点、Ｐ２…同前部回動死点、Ｐ３…同下部回動死点、Ｐ４…同後部回動死点、Ｐ５…従動クランクの前部揺動死点、Ｐ６…同後部揺動死点、Ｔ１乃至Ｔ４…回動軌跡
【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】
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【図８】
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