(57)【要約】      （修正有）【課題】ラチェット歯車が機能するためには歯車の歯１つ分の角度のロスや、肉体に固定する際に発生する皮膚のへこみによる角度のロスを抑える。【解決手段】クランクに設置されるシャフト１とシャフト１に固定されるラチェット歯２とシャフト１に回転自由に設置されるラチェット枠３とラチェット枠３に搖動可能に設置されるラチェット爪４とラチェット爪４をラチェット歯２へ押し付けるラチェットバネ５と、ラチェット枠３に固定される引っ張り紐固定具２１と片方の端を引っ張り紐固定具２１に固定される反対の端をひざ側引っ張り紐固定具２２に結び付けられる引っ張り紐９と、シャフト１に回転自由に設置される靴固定台６と靴固定台６に設置される台側バネ固定具１９とラチェット枠３に固定される枠側バネ固定具２０と台側バネ固定具１９と枠側バネ固定具２０をつなげる様に固定される戻しバネ７と、靴固定台６に設置される靴固定ひっかけ具８とで構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクに固定されるシャフトと、
該シャフトに固定されるラチェット歯と、
該シャフトに回転自由に取り付けられるラチェット枠と、
該ラチェット爪固定板に搖動可能に取り付けられるラチェット爪と、
該ラチェット爪を前記ラチェット歯へ押し付ける方向に前記ラチェット枠に固定されるラチェットバネと、
前記シャフトに回転自由に取り付けられる靴固定台と、
該靴固定台に設置される台側バネ固定具と、
前記ラチェット枠に設置される枠側バネ固定具と、
前記ラチェット枠に設置され引っ張り紐を固定する引っ張り紐固定具と、
前記ラチェット枠を所定の位置に戻すために片側を前記ラチェット枠に固定し反対側を  靴固定台に固定する戻しバネと、
前記靴固定台に固定される靴固定ひっかけ具と、
前記ラチェット枠に片側を固定されかつ該ラチェット枠に巻きつける様に設置し反対側はひざに固定される引っ張り紐とを備える紐付ペダル。
【請求項２】
請求項１に記載の紐付ペダルにおいて、
前記ラチェット爪が前記ラチェット歯にかみ合わないように制御する制御レバーと
【請求項３】
請求項１から２のいずれか１つに記載の紐付ペダルにおいて、
前記靴固定台に固定される滑車台と、
該滑車台に回転自由に設置される滑車とを備える紐付ペダル。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の紐付ペダルにおいて、
前記靴固定台に搖動可能に固定されるひざ代替板と、
該ひざ代替板に固定されるすね固定板と、
該ひざ固定板に設置され前記引っ張り紐を固定するひざ側引っ張り紐固定具とを備える紐付ペダル。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の紐付ペダルにおいて、
前記引っ張り紐の端に固定される紐側フックと、
該固定フックと結合させるために前記ひざ代替板に固定されるひざ側フックと、
前記滑車台に固定されるつまさき側フックとを備える紐付ペダル。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか一つに記載の紐付ペダルにおいて、
前記滑車台と前記滑車と前記ひざ側フックと前記ひざ代替板と前記搖動板と前記すね固定板はその一部もしくは全部を専用靴に分割して設置することを特徴とする紐付ペダル。
【発明の詳細な説明】
【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靴固定シャフト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、特開２０１４−１２１８８５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。ただ、特開２０１４−１２１８８５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。
この状況を解決するために特願２０１２−１０８８７８によって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が可能になった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１２１８８５
【特許文献２】特願２０１２−１０８８７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  特願２０１２−１０８８７８によって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させる場合に
ペダルとクランクの間には１ｃｍ程度の隙間しかないため、１００ｋｇ程度の負荷を受け止められる大きな歯車を設置することは非常に難しいという課題があった。【００１０】  特願２０１２−１０８８７８によって足首の角度の変化を活用する場合、ラチェット歯車が機能するためには歯車の歯１分の角度のロスや、肉体に固定する際に発生する皮膚のへこみによる角度のロスを発生させ、発明の効果を妨げるという課題があった。【００１１】  角度のみで足首の力を利用しようとすると全ての負荷が足にかかってしまい怪我等の原因となる場合があった。【００１２】  本発明では足首を動かす際にすねと足裏が作り出す角度の変化の基準を設置するのではなく、すねとつまさきの距離の変化を利用して足首の力をクランクへ伝えることを可能とする。【００１３】  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、および下肢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】
【００１４】  図１５および図１６は当発明の効果の動作を説明している。図１５では足首を曲げた状態での当発明の利用状況を示しており、図１６では足首を伸ばした状態を示している。図１５の足首を曲げた状態から図１６の様に足首を伸ばした場合、ひざ２８と紐付ペダル３１の距離が引き伸ばされ紐付ペダルに回転の力が加わる様子がわかる。【００１５】  シャフトと紐付ペダルの間にはラチェット機能を有しており、クランクの前方回転方向に紐付ペダルを回転する様に紐付ペダルに巻きつけた引っ張り紐を引くと、紐付ペダルはラチェット機能により回転が止められ、その回転の力はシャフトを回転させる力として伝達され、さらにこの力はクランクを回転させる力に変換される。【００１６】  足首を伸す力は、片方をひざで固定しその反対側を紐付ペダルに固定された引っ張り紐により、紐付ペダルを回転させる力となる。足首を曲げている場合にはラチェットは逆回転方向に回転フリーとなり紐付ペダルの回転を妨げず、同時に戻しバネによって元の位置まで引っ張り紐を紐付ペダルへ巻き戻すことで次に足首を伸ばす準備を整える。【００１７】  制御レバーはラチェット枠にスライド可能に設置され、ラチェット爪の搖動を制御する位置にスライドさせることで、ラチェット機能の有効と無効を任意に制御できる。【００１８】  図１７および図１８は、図１５および図１６と同様に、当発明の効果を示す動作を示している。紐付ペダル３１に滑車１２を設置することで、足首２０を伸ばした際に引っ張り紐９が引っ張られる長さが伸びることを示している。正確な伸び率については滑車台の長さと足首の角度の変化から三角関数を利用し計算できる。最大、足首の角度を１８０度まで伸ばすことで、最大滑車台１１の長さの分だけ引っ張り紐９が引っ張られる長さが伸びることとなる。【００１９】  シャフトから距離を空けたところに滑車を設けることで、引っ張り紐の稼働範囲を大きくしシャフトの回転を大きくすることができる。【００２０】  シャフトに回転自由な台を設け自転車専用靴を固定するフックを設置することで、既存クランク固定されたシャフトをそのまま利用できる。【００２１】  靴固定台に設置されるひざ代替板、すね固定板によって、引っ張り紐から受ける負荷が分散されるため、本発明が肉体に与える影響を軽減できる。【００２２】  靴固定台に設置されるひざ代替板、すね固定板は専門の靴に分離設置することが可能である。
【発明の効果】
【００２３】  当発明では踏込みの力は全く利用せず足首の力だけを利用し、これまで利用されることがなかったが人体の構造上非常に強力な筋力を有する足首を動かすためのふくらはぎを中心とした筋肉をクランクの回転力として活用を可能にする。【００２４】  既存発明が実装する足首角度の変化を利用する場合と比較して、すねとつまさきの距離の変化を利用し引っ張り紐を動かすことで製品を小さくすることができ、既存の自転車規格に影響を及ぼさない設計が可能になる。【００２５】  既存発明が実装する足首角度の変化を利用する場合と比較して、すねとつまさきの距離の変化を利用した実装を行う事で、ロスの無い肉体の動きをダイレクトに回転する力に変換する実装を可能にする。【００２６】  全ての負荷を人体にかけず、当発明が負荷を分散させるため人体への悪影響を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】当発明の実施形態の一例を示すクランク側から見た斜視図である。
【図２】シャフトに力を伝達させるラチェット機構の一例を示した側面図である。
【図３】当発明をクランクに設置した場合の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図４】当発明の実施形態の一例を示す上から見た斜視図である。
【図５】制御レバーによるラチェット機構を制御する実施形態の一例を示した側面図である。
【図６】滑車を利用する場合の実施形態の一例を示す側面図である。
【図７】滑車を利用する場合の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図８】ひざ代替板を利用する場合の実施形態の一例を示す側面図である。
【図９】ひざ代替板を利用する場合の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図１０】フックによって引っ張り紐とひざ側フックを結合させる場合の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図１１】フックによって引っ張り紐とつまさき側フックを結合させる場合の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図１２】専用靴に発明の一部を分割設置する場合の実施形態の一例を示す側面図である。
【図１３】専用靴に発明の一部を分割設置する場合のペダル側の実施形態の一例を示す側面図である。
【図１４】専用靴に分割設置する場合の専用靴側の実施形態の一例を示す側面図である。
【図１５】当発明の効果を示す動作説明図である。
【図１６】当発明の効果を示す動作説明図である。
【図１７】当発明の効果を示す動作説明図である。
【図１８】当発明の効果を示す動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】  図１５および図１６は当発明の効果の動作を説明している。図１５では足首を曲げた状態での当発明の利用状況を示しており、図１６では足首を伸ばした状態を示している。図１５の足首を曲げた状態から図１６の様に足首を伸ばした場合、ひざ２８と紐付ペダル３１の距離が伸びるため紐付ペダル３１に巻きつけられた引っ張り紐９により紐付ペダル３１に回転の力が加わり、この回転の力はラチェット機構によりクランクを回転させる力に変換される。
【００２９】  図１では実施形態の一例について斜視図にて示している。クランクに設置されるシャフト１とシャフト１に固定されるラチェット歯２とシャフト１に回転自由に設置されるラチェット枠３とラチェット枠３に搖動可能に設置されるラチェット爪４とラチェット爪４をラチェット歯２へ押し付ける様にラチェット枠３に設置されるラチェットバネ５と、ラチェット枠３に固定される引っ張り紐固定具２１と片方の端を引っ張り紐固定具２１に固定される反対の端をひざ側引っ張り紐固定具２２に結び付けられる引っ張り紐９と、シャフト１に回転自由に設置される靴固定台６と靴固定台６に設置される台側バネ固定具１９とラチェット枠３に固定される枠側バネ固定具２０と台側バネ固定具１９と枠側バネ固定具２０をつなげる様に固定される戻しバネ７と、靴固定台６に設置される靴固定ひっかけ具８とによって構成される。
【００３０】  ここで引っ張り紐９はラチェット枠３を十分な角度回転させられる分、ラチェット枠３に巻きつけておればよく、半周程度でも複数周回巻きつけられていてもよい。また、これに合わせて戻しバネ７はぜんまい型のバネやゴム等のより伸縮距離の長いものを利用することもできる。
【００３１】  ここでラチェット爪４とラチェットバネ５とラチェット歯２はラチェット機構を実現できればどのような形状でも構わない。ラチェット爪４は強度を増すために四角い板を用いたり、ラチェットバネ５はぜんまい型のバネ等でも同様のラチェット機構を実現できる。
【００３２】  ここでひざ側引っ張り紐固定具２２は引っ張り紐９をひざに固定できればどのような形状や実装方法でも良い。具体的には面ファスナーを巻きつける形で利用する実装方法や、ズボン状の専用衣服でも同様の機能を実現できる。
【００３３】  図５は制御レバー１０を利用し当発明の機能を制御する実施形態の一例について側面図にて示している。ラチェット枠３にレバー用穴３２を設けそこに制御レバー１０をラチェット爪４がラチェット歯２に押し当てられない様な位置にスライド可能に設置することで、制御レバー１０を押し込めばラチェット機能が無効化され、逆に制御レバー１０を抜き出せば通常の通りラチェット機能が有効化される。
【００３４】  ここで制御レバー１０の形状やその位置ははラチェット爪４をラチェット歯２に押し当てられないようにできればどのようなものであっても良い。ラチェット爪にフックを備え付けそのフックに掛けた紐などを引っ張ることでも同様の効果が得られる。
【００３５】  図１７および図１８は、図１５および図１６と同様に、当発明の効果を示す動作を示している。紐付ペダル３１に滑車台１１と滑車１２を設置することで、足首２０を伸ばした際に引っ張り紐９が引っ張られる長さが伸びることを示している。正確な伸び率については滑車台の長さと足首の角度の変化から三角関数を利用し計算できる。最大、足首の角度を１８０度まで伸ばすことで、最大滑車台１１の長さの分だけ引っ張り紐９が引っ張られる長さが伸びることとなる。
【００３６】  図６は滑車を利用する場合の実施形態の一例を示めしている。滑車台１１は靴固定台６に固定され、滑車１２は滑車台１１の先頭に回転可能に設置され、引っ張り紐９は滑車１２を介してひざに到達する。
【００３７】  ここで滑車１１は引っ張り紐９を適切にひざひざ側引っ張り紐固定具２２へ誘導できれば複数設置したり、つま先以外の任意の場所に設置することもできる。
【００３８】  図９はひざ代替板を利用する場合の実施形態の一例を示す斜視図である。搖動板２３は靴固定台６に固定され、ひざ代替板１３は搖動板２３に搖動可能に固定され、すね固定板１４はひざ代替板１３に固定される。これによってひざにかかる負担の一部をひざ代替板１３が代替しひざへの負担を軽減することを可能にする。
【００３９】  ここで、すね固定板１４の形状はひざ代替板１３をすね２９に固定できればどのような形状であっても良い。具体的には紐で括り付けるような実装方法や面ファスナーを利用した実装方法等でも同様の効果を実装することができる。
【００４０】  図１０はフックによって引っ張り紐とひざ側フックを結合させる場合の実施形態の一例を示す斜視図である。紐側フック１５は引っ張り紐９の片側に設置され、紐側フック１５を掛けるひざ側フック１６はひざ代替板１３に設置され、同様に紐側フック１５を掛けるひざ側フック１６はひざ代替板１３に固定される。
【００４１】  図１１はフックによって引っ張り紐とつまさき側フックを結合させる場合の実施形態の一例を示す斜視図である。紐側フック１５は引っ張り紐９の片側に設置され、紐側フック１５を掛けるつまさき側フック１７はひざ代替板１３に設置され、同様に紐側フック１５を掛けるつまさき側フック１７は滑車台１１に固定される。
【００４２】  ここでつまさき側フックは利用者の利便性から手の届きやすいところであればどの位置に設置されていても良い。具体的には専用靴の靴や靴固定台６などに設置されていても同様の効果を得ることができる。
【００４３】  ここでフックの形状は引っ張り紐９を固定できればどのような形状でも問題は無い。具体的には、カラビナと呼ばれる登山用のフックによる実装方法や面ファスナーを利用した実装方法等でも同様の効果を得ることができる。
【００４４】  図１２専用靴に発明の一部を分割設置する場合の専用靴とペダルを結合させた実施形態の一例を示す側面図である。図１３は専用靴に発明の一部を分割設置する場合のペダル側の実施形態の一例を示す側面図である。図１４は専用靴に分割設置する場合の専用靴側の実施形態の一例を示す側面図である。
専用靴２４は靴底２５を備え、靴底２５には靴側フック２６が設置され、専用靴２４には搖動板２３が固定され、搖動板２３にはひざ代替板１３が搖動可能に設置され、ひざ代替版１３にはひざ側フック１６が固定され、ひざ代替版１３にはすね固定板１４が固定される。
靴側フック２６は靴固定ひっかけ具８と組み合わされ固定される。専用靴２４に設置された装置は、靴とペダルが固定されると想定の機能を発揮するようになる。
【００４５】  ここで専用靴２４に発明の一部を分割設置する際には靴と一体化した形状での実装でもよい。滑車台１１と靴底２５を一体化させ靴底２５に直接滑車１２を設置する方法や、搖動版２３を専用靴の一部として実装することもできる。
【００４６】  ここで専用靴２４と靴固定台６を固定することができればその固定方法についてはどのような手段を用いてもかまわない。紐やバンドによる固定や、磁力を利用するものや、既に発明されたもしくはこれから発明されるクリップレスペダルと言われる技術の利用などでも専用靴２４と靴固定台６の固定機能は代替できる。
【符号の説明】
【００４７】１  シャフト
２  ラチェット歯
３  ラチェット枠
４  ラチェット爪
５  ラチェットバネ
６  靴固定台
７  戻しバネ
８  靴固定ひっかけ具
９  引っ張り紐
１０  制御レバー
１１  滑車台
１２  滑車
１３  ひざ代替板
１４  すね固定板
１５  紐側フック
１６  ひざ側フック
１７  つまさき側フック
１８  クランク
１９  台側バネ固定具
２０  枠側バネ固定具
２１  引っ張り紐固定具
２２  ひざ側引っ張り紐固定具
２３  搖動板
２４  専用靴
２５  靴底
２６  靴側フック
２７  つまさき
２８  ひざ
２９  すね
３０  足首
３１  紐付ペダル
３２  レバー用穴
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2018012479.tif 000016
【図１５】
2018012479.tif 000017
【図１６】
2018012479.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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