(57)【要約】駆動力（踏み込み力）を効率よく回転運動のエネルギに変換すると共に、安全走行に有利で、小型軽量、構造簡単なクランク装置、乗り物、乗り物用クランクペダル装置。【解決手段】各クランク腕に回転自在に設けられて内転する一対の内転歯車、上記各内転歯車を遊星歯車的に自転しながら転動（公転）せしめるように噛合させる一対の固定歯車、これらの固定歯車側に設けられた一対のガイド手段、これらのガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するための一対の入力部材、これら入力部材と上記各内転歯車との間に介装され、上記内転歯車が上死点またはその近傍にあるとき、上記入力部材に加えられた駆動力が、上記各内転歯車に回転モーメントが生じるように伝達されて上記各クランク腕を回転させる。
2005009832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材に軸受け部を介して回転自在に設けられたクランク軸、このクランク軸両側に屈曲して伸びる各クランク腕、これらのクランク腕に回転自在に設けられて内転する一対の内転歯車、上記固定部材側に設けられ、上記各内転歯車を遊星歯車的に自転しながら転動（公転）せしめるように噛合させる一対の固定歯車、これらの固定歯車側に設けられた一対のガイド手段、これらのガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するための一対の入力部材、これら入力部材と上記各内転歯車との間に介装され、上記内転歯車が上死点またはその近傍にあるとき、上記入力部材に加えられた駆動力が、上記各内転歯車に回転モーメントが生じるように伝達されて上記各クランク腕を回転させる一対の駆動力伝達手段、および上記クランク軸に設けられ、上記駆動力を外部へ取り出す駆動力取り出し手段を具備したことを特徴とするクランク装置。
【請求項２】
上記各内転歯車と上記各固定歯車との歯数比を、上記内転歯車が上記固定歯車を転動して１周するときに１回転する関係をなすように形成されたことを特徴とする請求項１記載のクランク装置。
【請求項３】
上記各駆動力伝達手段は、上記各入力部材側に設けられた各接触部材と、これらの接触部材に接触され上記各内転歯車側に設けられた各カム様接触部材とでなる接触による駆動力伝達機構により形成したことを特徴とする請求項１または２記載のクランク装置。
【請求項４】
上記各ガイド手段に案内されて上記上死点またはその近傍と、上記下死点または下死点近傍との間を往復運動する各入力部材は、上記各固定歯車の軸心またはその近傍を通る上下死点を通る軸線に沿って往復運動し、且つ、上記各内転歯車が、上記上死点またはその近傍にあるときに、上記接触による駆動力伝達機構の接触部材とカム様接触部材との接触部位を、上記上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されるようにしたことを特徴とする請求項３記載のクランク装置。
【請求項５】
上記接触による駆動力伝達機構の各接触部材に、上方への移動量を規定する上方移動量規制手段を設けたことを特徴とする請求項３または４記載のクランク装置。
【請求項６】
上記一方の入力部材側と、他方の入力部材側とを、索部材を介して連結し、上記一、他両方の入力が上記索部材を介して連携して往復運動するようにしたことを特徴とする請求項３または４記載のクランク装置。
【請求項７】
上記内転歯車は、スプロケット形態で形成され、上記固定歯車は、チェーン形態で形成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランク装置。
【請求項８】
上記内転歯車は、チェーン形態で形成され、上記固定歯車は、スプロケット形態で形成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランク装置。
【請求項９】
上記固定歯車と内転歯車の組み合わせは、歯付きベルトで形成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランク装置。
【請求項１０】
上記請求項１乃至９のいずれか一項に記載のクランク装置を備えたことを特徴とする乗り物。
【請求項１１】
上記請求項１乃至９のいずれか一項に記載したクランク装置に、上記ガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するためのペダル装置を更に具備させたクランクペダル装置。
【請求項１２】
上記請求項１１に記載のクランクベダル装置を備えたことを特徴とする乗り物。
【請求項１３】
固定部材に軸受け部を介して回転自在に設けられたクランク軸、このクランク軸に屈曲して伸びるクランク腕、このクランク腕に回転自在に設けられて内転する内転歯車、上記固定部材側に設けられ、上記各内転歯車を遊星歯車的に自転しながら転動（公転）せしめるように噛合させる固定歯車、この固定歯車側に設けられたガイド手段、このガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するための入力部材、この入力部材と上記内転歯車との間に介装され、上記内転歯車が上死点またはその近傍にあるとき、上記入力部材に加えられた駆動力が、上記内転歯車に回転モーメントが生じるように伝達されて上記クランク腕を回転させる駆動力伝達手段、および上記クランク軸に設けられ、上記駆動力を外部へ取り出す駆動力取り出し手段を具備したことを特徴とするクランク装置。
【請求項１４】
上記各駆動力伝達手段は、上記各入力部材側に設けられた各接触部材と、これらの接触部材に接触され上記各内転歯車側に設けられた各カム様接触部材とでなる接触による駆動力伝達機構により形成したことを特徴とする請求項１３記載のクランク装置。
【請求項１５】
乗物本体に軸受け部を介して回転自在に設けられたクランク軸、このクランク軸に屈曲して伸びるクランク腕、このクランク腕に回転自在に設けられて内転する内転歯車、上記乗物本体側に設けられ、上記各内転歯車を遊星歯車的に自転しながら転動（公転）せしめるように噛合させる固定歯車、この固定歯車側に設けられたガイド手段、このガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するための入力部材、この入力部材と上記内転歯車との間に介装され、上記内転歯車が上死点またはその近傍にあるとき、上記入力部材に加えられた駆動力が、上記内転歯車に回転モーメントが生じるように伝達されて上記クランク腕を回転させる駆動力伝達手段、上記駆動力伝達手段に係合されたハンドル型ペダル、および上記クランク軸に設けられ、上記駆動力を外部へ取り出す駆動力取り出し手段を具備したことを特徴とする乗物用クランクペダル装置。
【請求項１６】
上記各駆動力伝達手段は、上記各入力部材側に設けられた各接触部材と、これらの接触部材に接触され上記各内転歯車側に設けられた各カム様接触部材とでなる接触による駆動力伝達機構により形成したことを特徴とする請求項１５記載の乗物用クランクペダル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、入力手段（ペダル装置）の上下方向への往復運動を回転運動に変換することにより、入力手段に負荷される駆動力（踏み込み力）を効率よく回転運動のエネルギに変換するようにしたクランク装置、それを備えた乗り物、乗り物用クランクペダル装置、及び乗り物に関するものである。
【背景技術】    通常、自転車に設けられたクランクペダル装置にあっては、ペダルを下死点に向かって踏み込む回転運動により、クランク腕を介してクランク軸をそのまま回転させ、クランク軸に一体固定したスプロケットに巻き掛けたチェーンを介して後輪のスプロケットを回転することにより、後輪が駆動されるようにしている。しかし、ペダルを踏み込んでクランク軸に回転運動を与えるときに、体重を左右交互に移動させてペダルを踏み込むため、ハンドルがふらつきやすく、不安定な走行を余儀なくされると共に、クランク装置の動力伝達効率を損ねてしまう。
そこで、従来、上記のような不具合を解消する技術として、例えば、実公平２−４４６２８号公報に示したような技術が知られている。この公報に記載された自転車では、クランク軸を廃止する代わりに、左右に上下一対のスプロケットを配置し、これら左右に設けた上下一対のスプロケット間に一対のチェーンを巻き掛けし、左右のペダルをチェーンの張り側区間において互いに係脱するように一本のロープを介して連結している。これにより、左ペダルを上から下方向に踏み込むときには、左ペダルは左チェーンに係合して一体に左スプロケットを回転させる一方、右ペダルはロープから作用する懸垂力により右チェーンから解脱して上方移動をするだけである。次いで、右ペダルを下に踏み込むことで、右ペダルが右チェーンに係合して右チェーンを回転させ、右スプロケットが同期して回転駆動される。このとき、左ペダルはロープで懸垂されながら左チェーンとの係合を切り離された状態で上方に移動していく。このように、クランク機構を廃することで、ペダルを回転運動させることなく、左右のペダルの踏み込み動作を直線運動して繰り返すことにより、後輪に駆動力を伝達し、走行できるようになっているものである。
しかしながら、上記自転車では、クランク機構を廃してはいるものの、上から下方向への直線運動により車体の左右に配置した４個のスプロケット、２個のチェーン、左右のペダルを結合するロープ、左右のペダルをチェーンから係脱するための機構などを必要とするため、構造が複雑となり、ひいては車体重量が大幅に増大してしまうといった問題があった。本発明は、かかる問題点を解消することを目的として工夫されたもので、入力手段（ペダル装置）の上下方向への往復運動を回転運動に変換することにより、入力手段に負荷される駆動力（踏み込み力）を効率よく回転運動のエネルギに変換するようにしたクランク装置、それを備えた乗り物、乗り物用クランクペダル装置、及び乗り物を提供することを目的（課題）とするものである。
【発明の開示】
本発明は、上記問題を解決するために工夫されたものであり、次のような手段を講ずることとした。すなわち、請求項１記載の発明においては、固定部材に軸受け部を介して回転自在に設けられたクランク軸、このクランク軸両側に屈曲して伸びる各クランク腕、これらのクランク腕に回転自在に設けられて内転する一対の内転歯車、上記固定部材側に設けられ、上記各内転歯車を遊星歯車的に自転しながら転動（公転）せしめるように噛合させる一対の固定歯車、これらの固定歯車側に設けられた一対のガイド手段、これらのガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するための一対の入力部材、これら入力部材と上記各内転歯車との間に介装され、上記内転歯車が上死点またはその近傍にあるとき、上記入力部材に加えられた駆動力が、上記各内転歯車に伝達されて上記各クランク腕を回転させる一対の駆動力伝達手段、および上記クランク軸に設けられ、上記駆動力を外部へ取り出す駆動力取り出し手段を具備したことを特徴とする。
なお、本発明においては、歯車とは噛み合わせ接触により動力を伝達する機能を有する部材の意味で使用するものとし、スプロケット、歯付きベルト等の部材を含むものとする。
このような構成を採ることにより、本発明においては、一方の入力部材に上から下方向への押さえ込む（踏み込む）駆動力を作用（負荷）させると、その入力部材はガイド手段に案内されて移動する。すなわち、一方側にある入力部材が上死点またはその近傍にあるとき、他方側にある入力部材は下死点またはその近傍にある。そして、一方側にある入力部材が上死点またはその近傍にあるときに、一方側の入力部材に駆動力を作用させると、その駆動力は駆動力伝達手段を介して内転歯車に伝達される。これにより、一方側にある入力部材は、上死点またはその近傍から下死点またはその近傍に向かって移動する。
なお、他方側の入力部材は、他方側に設けられた駆動力伝達手段を介して下死点またはその近傍から上死点またはその近傍に向かって移動する。つまり、一方側の入力部材に駆動力を作用させると、入力部材はガイド手段に案内されながら移動する。このとき、これに応じて上死点またはその近傍にある内転歯車には、駆動力伝達手段を介して駆動力による回転モーメントが生じて内転する。
これにより、内転歯車は、固定歯車に噛合しながらクランク軸心を中心にして遊星歯車的に転がり運動（公転運動）をし、かつ、内転歯車自身もクランク腕を中心として自転する。内転歯車は、自転しながら公転することで、入力部材の直線的なあるいは曲線的な往復運動が、クランク腕に回転円運動として変換される。このように、一対の入力部材を交互に直線的あるいは曲線的な往復運動を与えることにより、その回転運動による駆動力は、クランク軸に設けられた駆動力取り出し手段から外部に取り出される。このため、入力部材に加えられた駆動力は、内転歯車が上死点またはその近傍にあるときでも、内転歯車に作用する回転モーメントにより、上死点またはその近傍で内転歯車、すなわち入力部材が思案することなくガイド手段に沿って運動することができ、円滑、且つ、効率的に回転運動に変換され、エネルギ損失を抑制できるクランク装置を得ることができるようになる。
また、駆動力取り出し手段を、例えば、スプロケットとそれに係合するチェーンや、プーリィとそれに係合するベルトといった巻き掛けリンク機構でなく、ベベルギヤとドライブシャフトでなるシャフト駆動方式によるシステムで形成することも可能であり、そうした場合には、巻き掛けリンク機構の遊びやたるみが発生しないので、ペダルに加えられた回転力を無駄にすることなく効率よく後輪に伝達することができ、ひいてはエネルギ伝達効率を向上できるようになる。
次に、請求項２記載の発明について説明する。本発明の構成も、その基本的な点は、上記請求項１記載のものと同じであるが、その特徴とするところは、上記構成に加えて、請求項２記載の発明は、上記各内転歯車と上記各固定歯車との歯数比を、上記内転歯車が上記固定歯車を転動して１周するときに１回転する関係をなすように形成されたことを特徴とする。
このような構成を採ることにより、本発明のものにおいては、上記請求項１記載のものに加えて、更に、次のような作用を呈することとなる。すなわち、一方の内転歯車と、他方の内転歯車とは、側面から視た状態で、常時互いに固定歯車の中心点あるいはその近傍において外接する関係位置にくるようにレイアウトされている。このため、各内転歯車は固定歯車に対して一回転だけ自転すると、固定歯車の内側を一回転して公転することが可能となり、その結果、入力部材の上下中心軸線に沿った方向への往復運動を円滑に実現でき、これにより、入力部材に加えられる駆動力を、より効率的に回転運動に変換することが可能となるものである。
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のクランク装置に係り、上記各駆動力伝達手段は、上記各入力部材側に設けられた各接触部材と、これらの接触部材に接触され上記各内転歯車側に設けられた各カム様接触部材とでなる、接触による駆動力伝達機構により形成したことを特徴とする。
この請求項３記載の発明では、入力部材に駆動力が作用すると、接触部材がガイド手段に沿って運動する方向から偏倚（オフセット）した位置でカム様接触部材に接触して上から押圧することで、内転歯車に回転モーメントを生じさせる。これにより、一方側の内転歯車が上死点またはその近傍（他方側の内転歯車はその下死点またはその近傍にある）から、下死点またはその近傍（他方側の内転歯車は、その上死点またはその近傍）に向かって転動することができる。こうして、接触による駆動力伝達機構という簡単な構造によって、内転歯車に入力部材からの駆動力を伝達することができるようになる。
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載のクランク装置に係り、上記各ガイド手段に案内されて上記上死点またはその近傍と、上記下死点または下死点近傍との間を往復運動する各入力部材は、上記各固定歯車の軸心またはその近傍を通る上下死点を通る軸線に沿って往復運動し、且つ、上記各内転歯車が、上記上死点またはその近傍にあるときに、上記接触による駆動力伝達機構の接触部材とカム様接触部材との接触部位を、上記上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されるようにしたことを特徴とする。
この請求項４記載の発明では、入力部材は、ガイド手段に案内されて往復運動するとき、固定歯車の軸心またはその近傍を通る上下死点を通る軸線に沿って往復運動する。
接触部材とカム様接触部材との接触部位が上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されているため、入力部材側に加えられた駆動力は、接触部材により内転歯車側の、カム様接触部材が上方から押圧されることで、内転歯車に回転モーメントが働く。このため、内転歯車は固定歯車に噛合しながら転動されていき、クランク軸が回転し、回転力が駆動力取り出し手段から出力され、入力部材の往復運動を効率よく回転運動に変換することができるようになる。
また、請求項５記載の発明は、請求項３または４記載のクランク装置に係り、上記接触による駆動力伝達機構の各接触部材に、上方への移動量を規定する上方移動量規制手段を設けたことを特徴とする。
この請求項５記載の発明では、入力部材はガイド手段に対して、接触による駆動力伝達機構により形成された駆動力伝達手段を介してリンクされてはいるものの、接触による駆動力伝達機構を形成する入力部材側の接触部材と、内転歯車側のカム様接触部材とは互いに接触するだけであり、両者が相反する方向に離反することが可能な構成である。このため、入力部材がガイド手段に沿って往復運動をしている最中において、不意に入力部材に衝撃力が作用したとしても、接触部材側に上方への移動量を規定する移動量規制手段が設けられているため、その上方移動量規制手段にカム様接触部材が係合することで、所定値以上に上方移動するのを阻止し、入力部材がガイド手段から解脱したりすることを確実に防止し、入力部材を安定した状態で駆動操作することが可能となるものである。
また、請求項６記載の発明は、請求項３または４記載のクランク装置に係り、上記一方の入力部材側と、他方の入力部材側とを、索部材を介して連結し、上記一、他両方の入力が上記索部材を介して連携して往復運動するようにしたことを特徴とする。
この請求項６記載の発明では、一方の入力部材側と他方の入力部材側とが、例えば、チェーン、ワイヤ等の索部材を介して連結されており、且つ、この索部材をスプリング等のばね部材により弛まないように緊張させておくことで、各入力部材が往復運動を行うときに、互いに連携しながら運動するため、不意にいずれかの入力部材に衝撃的な外力が作用するようなことがあっても、入力部材が余分な運動をするのを阻止することができるようになる。
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランク装置に係り、上記内転歯車は、スプロケット形態で形成され、上記固定歯車は、チェーン形態で形成されたことを特徴とする。
この請求項７記載の発明では、固定歯車と内転歯車との噛み合い装置として、固定歯車６０は、例えば、一対のリング板状基部の間に、複数のピン部材を間隔をあけて配置して設けたりする実質的にチェーン機能を有する形態に形成する。この固定歯車の内側を噛み合って回る内転歯車を、スプロケットの形態に形成しているので、チェーンとスプロケットとの噛み合いにより噛み合い装置が構成されることとなり、ペダルの踏み込み力を円滑に伝達することが可能となる。そして、この場合、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、走行中に砂利等がチェーン・スプロケットの噛み合い部に噛み込むのを防止でき、安全走行を確保でき、また、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、且つ、重量低減を図ったクランク装置、乗り物等を得ることができるようになる。
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランク装置に係り、上記内転歯車は、チェーン形態で形成され、上記固定歯車は、スプロケット形態で形成されたことを特徴とする。
この請求項８記載の発明では、固定歯車としては、スプロケット歯を有するスプロケット形態の固定歯車に形成し、この固定歯車の内側を回る内転歯車として、スプロケット歯に噛み合うピン状の歯を間隔をあけて設けたチェーン形態の内転歯車に形成しているので、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、走行中に砂利等がチェーン・スプロケットの噛み合い部に噛み込むのを防止でき、安全走行を確保でき、また、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、且つ、重量低減を図ったクランク装置、乗り物等を得ることができるようになる。
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランク装置に係り、上記固定歯車は、歯付きベルトで形成されたことを特徴とする。
また、請求項９記載の発明では、さらに別の噛み合い装置として、内転歯車の各歯の外周に、例えば、Ｖ字状のプーリ溝を削り、固定歯車側には、内転歯車の各歯に噛み合う歯を有してプーリ溝に噛み合うように、歯付きベルトを設け、この歯付きベルトに、内転歯車が噛み合うので、振動を抑制した噛み合い装置（機構）を得ることができるようになる。また、内転歯車側に歯付きベルトを固定的に設けた場合にも、同じように振動を抑制した噛み合い装置（機構）を得ることができるようになる。
また、請求項１０載の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のクランク装置を備えたことを特徴とする乗り物である。
この請求項１０の発明では、クランク装置を二輪車型自転車、三輪車型自転車、人力飛行機、水上用の人力による足こぎ式ボート等の乗り物にも応用できて有益である。
また、請求項１１記載の発明の１つは、乗り物用クランクペダル装置であって、乗り物本体に軸受け部を介して回転自在に設けられたクランク軸、このクランク軸両側に屈曲して伸びる各クランク腕、これらのクランク腕に回転自在に設けられて内転する一対の内転歯車、上記乗り物本体側に設けられ、上記各内転歯車を遊星歯車的に自転しながら転動（公転）せしめるように噛合させる一対の固定歯車、これらの固定歯車側に設けられた一対のガイド手段、これらのガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するための一対のペダル装置、これらペダル装置と上記各内転歯車との間に介装され、上記内転歯車が上死点またはその近傍にあるとき、上記ペダル装置に加えられた駆動力が、上記各内転歯車に回転モーメントが生じるように伝達されて上記各クランク腕を回転させる一対の駆動力伝達手段、および上記クランク軸に設けられ、上記駆動力を外部へ取り出す駆動力取り出し手段を具備したことを特徴とする。
この発明に係る乗り物用クランクペダル装置では、請求項１記載の発明に係るクランク装置を、例えば、二輪車型自転車や三輪車型自転車等の自転車、水上足こぎボート、人力飛行機等といった乗り物用のクランク装置に採用されたものであって、次のような作用を呈することとなる。すなわち、例えば、自転車の入力部材としてのペダル装置に駆動力である踏み込み力を作用させると、ペダル装置はガイド手段に案内されて移動（往復運動）する。このとき、ペダル装置に負荷された踏み込み力は駆動力伝達手段を介して、上下中心軸線から偏倚した位置において、内転歯車に伝えられ、これにより内転歯車に回転モーメントが生じる。
このため、内転歯車は、固定歯車に噛合しながらクランク軸心を中心にして遊星歯車的に転がり運動（公転）をし、かつ、自身もクランク腕を中心として自転する。内転歯車が固定歯車の内側を自転しながら公転することで、ペダル装置の直線運動または直線的運動が、クランク腕を回転させる回転運動に変換され、その回転運動による回転力は、クランク軸に設けられた、例えばスプロケット等で形成された駆動力取り出し手段からチェーンといった外部部材に取り出される（伝達される）。したがって、ペダル装置に加えられた下方向への踏み込み力は、内転歯車が上死点にあるときでも、内転歯車に回転モーメントが作用するようにしているため、上死点でペダル装置が思案することがなく、直ちに、且つ、円滑に回転運動に変換され、エネルギ変換効率に優れたクランク装置を得ることができるようになる。
なお、駆動力取り出し手段を、例えば、チェーンやベルトといった巻き掛けリンク機構のスプロケットやプーリィでなく、ベベルギヤとドライブシャフトでなる歯車機構を使用したシャフト駆動方式でなるシステムにも応用できる。その場合には、巻き掛けリンク機構を使用していないため、遊びやたるみが発生しないので、ペダル装置に加えられた踏み込み力を無駄にすることなく効率よく後輪に伝達することができ、ひいてはエネルギ伝達効率を一層向上できるようになる。
また、請求項１１記載の発明の別の１つの発明は、乗り物用クランクペダル装置に係り、上記各内転歯車と上記各固定歯車との歯数比を、上記内転歯車が上記固定歯車を転動して１周するときに１回転する関係をなすように形成されたことを特徴とする。
この発明では、更に、次のような作用を呈することとなる。すなわち、一方の内転歯車と、他方の内転歯車とは、側面から視た状態で、常時互いに固定歯車の中心点あるいはその近傍において外接する関係にレイアウトされている。このため、各内転歯車は固定歯車に対して一回転だけ自転すると、固定歯車の内側を一回転して公転することが可能となり、その結果、ペダル装置の上下中心軸線に沿った方向への往復運動を円滑に実現でき、これにより、ペダル装置に加えられる駆動力を、より効率的に回転運動に変換することが可能となるものである。
また、請求項１１記載の発明の別の１つの発明は、乗り物用クランクペダル装置に係り、上記各駆動力伝達手段が、上記各ペダル装置側に設けられた各接触部材と、これらの接触部材に接触され上記各内転歯車に設けられた各カム様接触部材とでなる、接触による駆動力伝達機構により形成したことを特徴とする。
この発明では、ペダル装置に駆動力が作用すると、接触部材は、ペダル装置がガイド手段に沿って運動する方向から偏倚（オフセット）した位置でカム様接触部材に接触して上から押圧することで、内転歯車に回転モーメントを生じさせる。これにより、一方側の内転歯車が上死点またはその近傍（他方側の内転歯車はその下死点またはその近傍にある）から、下死点またはその近傍（他方側の内転歯車は、その上死点またはその近傍）に向かって転動することができる。こうして、接触による駆動力伝達機構という簡単な構造によって、内転歯車に入力部材からの駆動力を伝達することができるようになる。
また、請求項１１記載の発明の別の１つの発明は、乗り物用クランクペダル装置に係り、上記各ガイド手段に案内されて上記上死点またはその近傍と、上記下死点または下死点近傍との間を往復運動する各ペダル装置は、上記各固定歯車の軸心またはその近傍を通る上下死点を通る軸線に沿って往復運動し、且つ、上記各内転歯車が、上記上死点またはその近傍にあるときに、上記接触による駆動力伝達機構の接触部材とカム様接触部材との接触部位を、上記上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されるようにしたことを特徴とする。
この発明では、ペダル部材は、ガイド手段に案内されて往復運動するとき、固定歯車の軸心またはその近傍を通る上下死点を通る軸線に沿って往復運動する。接触部材とカム様接触部材との接触部位が上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されているため、ペダル装置側に加えられた駆動力は、接触部材により内転歯車側の、カム様接触部材が上方から押圧されることで、内転歯車に回転モーメントが働く。このため、内転歯車は上死点またはその近傍で思案することがなく、固定歯車に噛合しながら転動されていき、クランク軸が回転し、回転力が駆動力取り出し手段から出力され、入力部材の往復運動を効率よく回転運動に変換することができるようになる。
また、請求項１１記載の発明の別の１つの発明は、乗り物用クランクペダル装置に係り、上記接触による駆動力伝達機構の各接触部材に、上方への移動量を規定する上方移動量規制手段を設けたことを特徴とする。
この発明では、ペダル装置はガイド手段に対して、接触による駆動力伝達機構により形成された駆動力伝達手段を介してリンクされてはいるものの、接触による駆動力伝達機構を形成するペダル装置側の接触部材と、内転歯車側のカム様接触部材とは互いに接触するだけであり、両者が相反する方向に離反することが可能な構成である。このため、ペダル装置がガイド手段に沿って往復運動をしている最中において、不意にペダル装置に衝撃力が作用したとしても、接触部材側に上方への移動量を規定する移動量規制手段が設けられているため、その上方移動量規制手段にカム様接触部材が係合することで、所定値以上に上方移動するのを阻止し、ペダル装置がガイド手段から解脱したりすることを確実に防止し、ペダル装置を安定した状態で駆動操作することが可能となるものである。
また、請求項１１記載の発明の別の１つの発明は、乗り物用クランクペダル装置に係り、上記一方のペダル部材側と、他方のペダル部材側とを、索部材を介して連結し、上記一、他両方のペダル装置が上記索部材を介して連携して往復運動するようにしたことを特徴とする。
この発明では、一方のペダル装置側と他方のペダル装置側とが、例えば、チェーン、ワイヤ等の索部材を介して連結され、且つ、この索部材をスプリング等のばね部材により弛まないように緊張させておくことで、各ペダル装置が往復運動を行うときに、連携しながら運動するため、不意にいずれかのペダル装置に衝撃的な外力が作用するようなことがあっても、ペダル装置が余分な運動をするのを阻止することができるようになる。
また、請求項１１記載の発明の別の１つの発明は、乗り物用クランクペダル装置に係り、上記内転歯車は、スプロケット形態で形成され、上記固定歯車は、チェーン形態で形成されたことを特徴とする。
また、請求項１２記載の発明は、乗り物であって、上記請求項１１に記載した乗り物用クランクペダル装置を備えたことを特徴とする。
この請求項１２記載の発明では、クランクペダル装置を二輪車型自転車、三輪車型自転車、人力飛行機、水上用の人力による足こぎ式ボート等の乗り物にも応用できて有益である。
次に、請求項１３記載の発明について説明する。この請求項１３記載の発明が、請求項１記載の発明と構成上異なる点は、請求項１記載の発明では、クランク腕、内転歯車、固定歯車、駆動力伝達手段、ガイド手段及び入力部材をクランク軸の両側に設けた構成にしたが、請求項１３記載の発明ではクランク軸の片側に設けた構成において異なるものであり、その他の構成は共通するものである。
また、請求項１４記載の発明は、請求項１３項記載のクランク装置に係り、上記駆動力伝達手段は、上記各入力部材側に設けられた各接触部材と、これらの接触部材に接触され上記各内転歯車側に設けられた各カム様接触部材とでなる、接触による駆動力伝達機構により形成したことを特徴とする。
この請求項１４記載の発明では、入力部材に駆動力が作用すると、接触部材がガイド手段に沿って運動する方向から偏倚（オフセット）した位置でカム様接触部材に接触して上から押圧することで、内転歯車に回転モーメントを生じさせる。これにより、一方側の内転歯車が上死点またはその近傍（他方側の内転歯車はその下死点またはその近傍にある）から、下死点またはその近傍（他方側の内転歯車は、その上死点またはその近傍）に向かって転動することができる。こうして、接触による駆動力伝達機構という簡単な構造によって、内転歯車に入力部材からの駆動力を伝達することができるようになる。
次に、請求項１５記載の発明について説明する。この請求項１４記載の発明が、請求項１１記載の発明と構成上異なる点は、請求項１１記載の発明では、クランク軸の両側にクランク腕、内転歯車、固定歯車、駆動力伝達手段、ガイド手段及び入力部材を設けた構成にしたが、請求項１４記載の発明ではクランク軸の片側に設けた構成において異なるものであり、その他の構成は共通するものである。
次に、請求項１６記載の発明について説明する。この請求項１６記載の発明では、入力部材に駆動力が作用すると、接触部材がガイド手段に沿って運動する方向から偏倚（オフセット）した位置でカム様接触部材に接触して上から押圧することで、内転歯車に回転モーメントを生じさせる。これにより、一方側の内転歯車が上死点またはその近傍（他方側の内転歯車はその下死点またはその近傍にある）から、下死点またはその近傍（他方側の内転歯車は、その上死点またはその近傍）に向かって転動することができる。こうして、接触による駆動力伝達機構という簡単な構造によって、内転歯車に入力部材からの駆動力を伝達することができるようになる。
【図面の簡単な説明】図１は、実施の形態における自転車のクランク装置の概要構成を模式的に示した外観斜視図である。
図２は、図１における矢印ＩＩ−ＩＩ方向から視た上死点またはその近傍にある内転歯車とガイド手段との関係を示す外観側面図である。
図３は、上記実施の形態における駆動力伝達手段に係り、（ａ）はペダル装置の接触部材を示す外観斜視図、（ｂ）は内転歯車のカム様接触部材を示す外観斜視図、（ｃ）は上死点近傍におけるガイド手段と駆動力伝達手段との相対関係を示す組み立て外観斜視図である。
図４は、上記実施の形態の実施例に係り、自転車用のペダルクランク装置を断面図で示した正面図である。
図５は、図４の左側面から視たガイド手段の図示を省略した状態の左側面図である。
図６は、図４のペダルクランク装置における組み立て分解を説明する外観斜視図である。
図７は、駆動力伝達手段の接触部材と、カム様接触部材との相対位置の変化が、内転歯車の転動に与える影響を説明する作用説明図である。
図８は、上記実施の形態における変形例に係る固定歯車の外観斜視図である。
図９は、図８の固定歯車に、スプロケット形態の内転歯車が噛み合う状態を一部省略して示す正面図である。
図１０は、上記実施の形態の別の噛み合い状態を示す変形例における正面図である。
図１１は、上記実施の形態のさらに別の噛み合い状態を示す変形例における正面図である。
図１２は、接触部材の変形例に係り、（ａ）はその第１の変形例、（ｂ）はその第２の変形例を示す側面図である。
図１３は、本実施の形態の変形例における側面図である。
図１４は、カム様接触部材の変形例に係り、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）はさらに別の変形例の側面図、（ｄ）は（ｃ）の側面図である。
図１５は、さらに、カム様接触部材のその他の変形例を示す側面図である。
図１６は、本実施の形態の、さらに別の変形例を模式的に示した概略平面図である。
図１７は、本実施の形態の、さらに別の変形例における概略外観斜視図である。
各図面において、１は固定部材（乗り物本体）、１ａはベースプレート、２は軸受け部、２ａはジャーナル、３はクランク軸（出力軸）、４Ｌは左クランク腕（クランク腕）、４Ｒは右クランク腕（クランク腕）、５Ｌは左側の内転歯車（内転歯車）、５Ｒは左側の内転歯車（内転歯車）、６Ｌは左側の固定歯車（固定歯車）、６Ｒは右側の固定歯車（固定歯車）、１０Ｌ及び１０Ｒはガイド手段、１０Ｌａ及び１０Ｌｂ及び１０Ｒａ及び１０Ｒｂはガイド棒、１１Ｌ及び１１Ｒはペダル装置（入力部材）、１１Ｌａ及び１１Ｒａはペダル、１１Ｌｂ及び１１Ｒｂはスライダ、１２Ｌ及び１２Ｒは駆動力伝達手段、１２Ｌａ及び１２Ｒａは接触部材、１２Ｌｂ及び１２Ｒｂはカム様接触部材、１３ａは原動スプロケット、１３ｂは従動スプロケット、１３ｃはチェーン、４０及び４２は上方移動規定部、４１及び４３は接触部材、４４〜４９はカム様接触部材、６０及び６１及び６２は固定歯車、５０及び６３は内転歯車、５１はストッパー部、８１〜８４はベベル歯車、８５はドライブ軸、１１０はガイド手段、５００は内転歯車、５００ｂはＶ字状溝、９００はハンドサイクル、９０１は車椅子部、９０２はハンドサイクル部、９０５はハンドル型ペダル、９０６はチェーン、９０７は前輪、Ｌは固定歯車の軸心Ｐ１と上死点時の内転歯車の軸心Ｐ２とを結ぶ上下中心軸線、Ｐ１は固定歯車の軸心、Ｐ２は内転歯車の軸心、Ｗは索部材を表す。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の実施の形態を、図１乃至図３に基づいて詳述する。なお、以下の説明においては、クランク装置を、乗り物としての自転車に適用した場合を例に挙げて説明していく。また、クランク装置を構成する部材、部品等は自転車本体（フレーム）に関して左右両側に一対づつ設けられ、且つ、それらの形状、構成等は同じであるので、便宜上、左側に存する部材、部品等は符合にＬ（Ｌｅｆｔ）を、右側のそれらについてはＲ（Ｒｉｇｈｔ）をそれぞれ付すこととする。
クランク装置は、図１に示すように、自転車本体（フレーム）１の軸受け部２にクランク軸３が回転自在に支持されていて、このクランク軸３のフレーム１を跨いだ左右両側には、同一面内において互いに反対方向に屈曲して伸びるクランク腕４Ｌ，４Ｒがあり、これらのクランク腕４Ｌ，４Ｒに外歯を有する平歯車である内転歯車５Ｌ，５Ｒがそれぞれ回転自在に設けられている（図４参照）。また、自転車本体１の前後方向に沿う長手軸線に対する左右両側には、内歯歯車を形成する固定歯車６Ｌ，６Ｒが設けられ、これに内転歯車５Ｌ，５Ｒが遊星歯車的に転動（公転し、且つ、自転）するように噛合する状態で設けられている。
また、内転歯車５Ｌ，５Ｒと固定歯車６Ｌ，６Ｒとの歯数比は１対２であり、内転歯車５Ｌ，５Ｒが固定歯車６Ｌ，６Ｒを転動しながら１周（公転）するときに１回転（自転）し終えるように設定されている。
固定歯車６Ｌ，６Ｒ側の外側面には、ガイド手段１０Ｌ，１０Ｒが上下方向に配置されている。ガイド手段１０Ｌ，１０Ｒは、スライダ１１Ｌｂが一定の軌道を動くように制御できる部材であれば良く、その材質や形状が限定されるものではない。本発明の実施の態様では、このガイド手段１０Ｌ，１０Ｒは、例えば、２本の４角形状断面を有するガイド棒１０Ｌａ，１０Ｌｂ、１０Ｒａ、１０Ｒｂでなり、各ガイド棒１０Ｌａ，１０Ｌｂ，１０Ｒａ，１０Ｒｂを上下方向に並行配置して後述のペダル装置１１Ｌ，１１Ｒを上下に案内しながら往復運動させるものである。
ペダル装置１１Ｌ，１１Ｒは、ペダル１１Ｌａ、１１Ｒａと、このペダル１１Ｌａ、１１Ｒａを回転自在に支持すると共に、上記ガイド棒１０Ｌａ，１０Ｌｂ、１０Ｒａ、１０Ｒｂの間を移動するように形成されたスライダ１１Ｌｂ、１１Ｒｂとを有し、このスライダ１１Ｌｂ、１１Ｒｂがガイド棒１０Ｌａ，１０Ｌｂ、１０Ｒａ、１０Ｒｂの間に挟まった状態で、固定歯車６Ｌ，６Ｒの軸心Ｐ１またはその近傍を通る上下中心軸線Ｌ（上下中心軸線Ｌは、内転歯車５Ｌ，５Ｒの軸心Ｐ２も通る状態にある）に沿って上下方向に滑動ないし摺動するようになっている（図２参照）。
次に、駆動力伝達手段を説明する。なお、左右に設けられる駆動力伝達手段の構造は同じであるため、便宜上、図２，図３に示すように、左側に配置された駆動伝達手段１２Ｌについて説明していくことにする。すなわち、駆動力伝達手段１２Ｌは、ペダル装置１１Ｌと内転歯車５Ｌとの間に介装され、ペダル装置１１Ｌのスライダ１１Ｌｂ先端に取り付けられた接触部材１２Ｌａと、内転歯車５Ｌの外周縁近傍に取り付けられた板状のカム様接触部材１２Ｌｂとからなる、接触による駆動力伝達機構で形成されている。
本実施の形態では、接触部材１２Ｌａは、スライダ１１Ｌｂ先端に固定されているが、スライダ１１Ｌｂに対して相対運動しても良い。要は、入力時において接触部材１２Ｌａがカム様接触部材１２Ｌｂと接触するようになっていれば良い。
本実施の形態では、上死点またはその近傍に内転歯車が位置する場合、カム様接触部材１２Ｌｂの上端面が接触面をなし、これに接触部材１２Ｌａの下面が接触するようになっている。内転歯車５Ｌが、上死点またはその近傍にあるときには、上下中心軸線Ｌから偏倚した位置Ｑで接触する。こうして、ペダル装置１１Ｌが上死点またはその近傍にあるとき、位置Ｑに作用する接触部材１２Ｌａからの駆動力Ｆにより、内転歯車５Ｌに回転モーメントを与えることで駆動力が伝達される。したがって、内転歯車５Ｌは、図２に示す矢印Ｂ方向に転動され、ペダル１１Ｌａは思案することなくガイド手段１０Ｌに案内されながら下方に移動することができるようになっている。
そして、この駆動力伝達手段１２Ｌは、左側にあるペダル装置１１Ｌが上死点またはその近傍から下死点またはその近傍に至る下降行程にあるときには、接触部材１２Ｌａはカム様接触部材１２Ｌｂに対して上方から押さえつけるように接触する。そして、内転歯車に回転力が付与され、内転歯車５Ｌが下死点の方向へ転動していき、下死点またはその近傍を通過して上死点またはその近傍へ戻る上昇行程にさしかかるときには、内転歯車５Ｌのカム様接触部材１２Ｌｂは接触部材１２Ｌａの下側に回り込むようになる。このとき、反対側にあって、上死点またはその近傍にあるペダル装置１１Ｒに駆動力が加わって下降運動が始まると、一方側にある内転歯車５Ｌの転動により、カム様接触部材１２Ｌｂが接触部材１２Ｌａを下から突き上げられ、ペダル装置１１Ｌがガイド手段１０Ｌに沿って上昇移動を行うようになっている（図５参照）。
次に、駆動力取り出し手段１３を説明する。すなわち、クランク装置における駆動力取り出し手段１３は、軸受け部２近傍のクランク軸３に、このクランク軸３と一体的に回転する原動スプロケット１３ａを設けることで形成される。もっとも、クランク装置を自転車本体であるフレーム１に取り付けた場合には、この駆動力取り出し手段１３は、原動スプロケット１３ａと、例えば後輪（図示しない）と同軸に取り付けた後輪側の従動スプロケット１３ｂと、原動スプロケット１３ａおよび従動スプロケット１３ｂとの間に巻き掛けて装着したチェーン１３ｃとで形成され、ペダル装置１１Ｌ，１１Ｒを左右交互にこぐことにより、ペダル装置１１Ｌ，１１Ｒに加えられた駆動力（踏み込み力）を駆動力取り出し手段１３である原動スプロケット１３ａから取り出すことができる。
なお、図１においては装置全体の構成を把握し易いようにするため、原動スプロケット１３ａをＬ側に配置して図示する。
次に、上記クランク装置の構造を、図４，図５、図６に基づいてより具体的に説明する。なお、動力取り出し手段１３としての原動スプロケット１３ａや、入力部材としてのペダル装置１１の図示は省略している。
すなわち、自転車のフレーム１には、略正方形状のベースプレート１ａが固定的に取り付けら、その中心部に穿たれた孔に、軸受け部２としてのジャーナル２ａが溶接により水平に固定される。このジャーナル２ａに、段差付きのクランク軸３（出力軸）が回転自在に挿通されていて、そのクランク軸３の左側には、左クランク腕４Ｌがねじ２０により固定され、右側には、右クランク腕４Ｒが溶接により溶着されている。なお、左クランク腕４Ｌは、ねじ２０で締結する代わりに溶接により溶着するようにしてもよい。また、これら溶接による溶着に代わって、ボンド等の接着剤を用いて結合するようにしてもよい。
また、これらの左右両クランク腕４Ｌ，４Ｒは、同一面内において互いに反対方向に屈曲して伸びている。すなわち、クランク軸３に関して互いに反対方向に伸びた状態で、クランク軸３と一体に回転するようになっている。
左右の両クランク腕４Ｌ、４Ｒには、軸部材５Ｌｃ、５Ｒｃが水平方向に指向して固定されており、これらにスペースワッシャ５Ｌｄ、５Ｒｄを介して平歯車として形成された左側の内転歯車５Ｌおよび右側の内転歯車５Ｒが回転自在に支持された状態で取り付けられる。
また、ベースプレート１ａの左右両側には、ベースプレート１ａと同じ面方向に指向して配置され、外形がリング形状を有する平歯の内歯を有する内歯歯車としての左側の固定歯車６Ｌおよび右側の固定歯車６Ｒが、各４本のスペーサ２１ａおよび２１ｂに挿通された通しボルト２１ｃを介して固定されている（図４参照）。これら各スペーサ２１ａ，２１ｂおよびボルト２１ｃは、フレーム１の一構成部材として機能している。これら左右の固定歯車６Ｌ，６Ｒには、左右の内転歯車５Ｌ，５Ｒが、それぞれ内接して噛合するように組み込まれる。この場合、内転歯車５Ｌ，５Ｒと固定歯車６Ｌ，６Ｒとの歯数比は、内転歯車５Ｌ，５Ｒが固定歯車６Ｌ，６Ｒを転動しながら１周するときに１回転するように、１対２となるような歯数関係に設定されている。
また、左右の両内転歯車５Ｌ、５Ｒの外側には、駆動力伝達手段１２Ｌ、１２Ｒのカム様接触部材１２Ｌｂ等が、例えば図示されないねじ等の締結具等により取り付けられる。もっとも、このカム様接触部材１２Ｌｂは、内転歯車に対して別体の部品として形成する代わりに、内転歯車と一体成型される鍛造品あるいは板金プレス成形品等で形成することも可能である。
他方、左右の両固定歯車６Ｌ、６Ｒの外側には、上下方向に指向し、且つ、上下中心軸線Ｌ（図２参照）に沿うようにガイド手段１０Ｌ、１０Ｒが設けられる。ペダル装置１１Ｌ、１１Ｒのスライダ１１Ｌｂ、１１Ｒｂは、上下中心軸線Ｌに沿って上下に直線移動または直線的移動できるようにガイド棒１０Ｌａ，１０Ｌｂ、１０Ｒａ、１０Ｒｂの間にセットされる。これにより、スライダ１１Ｌｂ、１１Ｒｂに取り付けられた接触部材１２Ｌａ、１２Ｒａが、内転歯車５Ｌ，５Ｒに設けられたカム様接触部材１２Ｌｂ、１２Ｒｂに接触可能に取り付けられ、駆動力伝達手段１２Ｌ、１２Ｒすなわち接触による駆動力伝達機構が形成されることとなる。そして、接触による駆動力伝達機構の接触部材とカム様接触部材との接触する部位は、内転歯車５Ｌ，５Ｒが固定歯車６Ｌ，６Ｒに対して上死点またはその近傍にあるときに、上下中心軸線Ｌ（図２参照）から偏倚した位置に設定される。
したがって、ペダル１１Ｌａまたは１１Ｒａに対して、上から下に向かって足の踏み込み力（駆動力）を作用させると、左方の内転歯車５Ｌまたは右方の内転歯車５Ｒに、接触部材１２Ｌａまたは１２Ｒａを介してカム様接触部材１２Ｌｂまたは１２Ｒｂに力が伝達され、内転歯車５Ｌまたは内転歯車５Ｒが、回転モーメントを受けて、図２に示す矢印Ｂ方向に転動し、自転車の前進走行を可能とする。
また、ベースプレート１ａと右側の固定歯車６Ｒとの間の出力軸３ａには、回転力を取り出すための原動スプロケット１３ａが出力軸３と一体回転可能になるように設けられ、チェーン１３ｃ（図１参照）を巻き掛けして後輪側の従動スプロケット１３ｂに結合されることとなる。
こうして、本実施の形態におけるクランク装置は、図６の組み立て分解斜視図に示すように、上記した各構成要素を組み立てていくことにより製作される。なお、図６において、符号２３Ｌ、２３Ｒは軸部材５Ｌｃ、５Ｒｃの軸端に圧入されて各内転歯車５Ｌ，５Ｒを軸部材５Ｌｃ、５Ｒｃに取り付けるためのプッシュナットを示す。
次に、本実施の形態に係るクランク装置を備えた自転車のクランクペダル装置の作用を、主として図７を参照しながら説明する。図７は、駆動力伝達手段の接触部材と、カム様接触部材との相対位置の変化が、内転歯車の転動に与える影響を説明する作用説明図である。図７において、外の実線は固定歯車で、中の実線で示す内転歯車は、左方にある内転歯車５Ｌ、点線の内転歯車は右方にある内転歯車５Ｒを示すものとする。また、最初、左方の内転歯車５Ｌが上死点またはその近傍に位置するものとする。当然、反対側に位置する右方の内転歯車５Ｒは、下死点またはその近傍に位置することとなる（図７に示す状態０°）。
この状態において、自転車のペダル１１Ｌａ、１１Ｒａに足を載せてペダルをこぐ場合、まず、上死点またはその付近にある左方のペダル１１Ｌを踏み込む。すると、ペダル１１Ｌに設けられたスライダ１１Ｌｂが、ガイド棒１０Ｌａ，１０Ｌｂの間を下方に案内されて移動しようとする。このとき、図５に示すように、ペダル１１Ｌａに加えられた駆動力Ｆは、接触部材１２Ｌａから接触するカム様接触部材１２Ｌｂに伝達される。カム様接触部材１２Ｌｂに伝達された駆動力Ｆは、左内転歯車５Ｌに伝わり、ペダル１１Ｌａは、下死点またはその近傍になるまで、ガイド手段１０に沿って移動していく。これによって、内転歯車５Ｌは、矢印Ｃ方向（時計方向）に自転し、且つ、反時計方向に公転していく。これにより、クランク軸３には、内転歯車５Ｌの公転による回転トルクが生じ、動力取り出し手段１３である原動スプロケット１３ａを介してチェーン１３ｃが矢印Ａ方向に駆動し、自転車を前進走行できるようになる。
他方、反対側にある右側の内転歯車５Ｒは、下死点またはその近傍にあって、点線で示したような軌跡を画きながら固定歯車６Ｒに噛合しながら転動していく。すなわち、内転歯車５Ｒのカム様接触部材１２Ｒｂは、接触部材１２Ｒａの下側から接触しており、内転歯車５Ｒの転動に応じて接触部材１２Ｒａを上方へ持ち上げる力が作用し続ける。これにより、右側のペダル装置１１Ｒ（図１、図２参照）は、右側の固定歯車６Ｒに取り付けたガイド手段１０Ｒに沿って上方へ移動していく。
ところで、左側のペダル装置１１Ｌが下死点またはその近傍までスライドしてくると（図７に示す１８０°付近）、踏み込む力が作用しなくなり、反対に、上死点またはその近傍に位置している右側のペダル装置１１Ｒに駆動力、つまり踏み込み力が負荷されることとなる。このとき、下死点を通過した左側のペダル装置１１Ｌに設けられたカム様接触部材１２Ｌｂは、接触部材１２Ｌａの下側に位置し、接触部材１２Ｌａに下側から突き上げる方向に接触し、この接触部材とカム様接触部材との接触を維持しながら、左側のペダル装置１１Ｌはガイド手段１０Ｌに沿って上死点またはその近傍位置にまで移動していく。このように、ペダル装置を踏み込む動作を繰り返していくことで、自転車を走行することができる。
こうして、図７に示すように、各内転歯車５Ｌ，５Ｒが固定歯車６Ｌ，６Ｒに対してどのような転動位置にあっても、常に少なくともいずれか一方の接触部材１２Ｌａ，１２Ｒａが、カム様接触部材１２Ｌｂ、１２Ｒｂに接触するため、左右のペダル１１Ｌ，１１Ｒを交互に踏み込んでこいでいくことで、左右の各内転歯車５Ｌ，５Ｒが左右の各固定歯車６Ｌ，６Ｒに噛合しながら転動していき、クランク軸３が回転運動し、その回転駆動力を原動スプロケット１３ａからチェーン１３ｃを介して従動スプロケット１３ｂに伝達され、後輪を駆動して前進走行させることができるようになる。
上記したごとく、本実施の形態によれば、自転車のペダルをこぐとき、ペダル装置１１Ｌ，１１Ｒに設けられた接触部材１２Ｌａ，１２Ｒａが、カム様接触部材１２Ｌｂ、１２Ｒｂに接触すると共に、内転歯車５Ｌ、５Ｒの上死点またはその近傍における接触部材とカム様接触部材との接触部位が、上下中心軸線Ｌ（図２参照）に対して同方向に偏倚した位置に存するように設定されているため、思案点すなわち死点がないので、上死点またはその近傍でペダル装置１１Ｌ，１１Ｒが思案することはなく、自転車を継続して前進走行させることができる。
このため、従来のようにペダルをこぐとき、ペダルに体重を左右に移動してこいでいたために生じていた自転車のふらつきを少なくできるため、自転車の駆動力ロスを効果的に低減することができ、且つ、上記従来装置と異なり重量を軽減でき、設置スペースに有利なコンパクトサイズのクランク装置が得られる。
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明の範囲に含まれるものである。
すなわち、上記実施の形態に係るクランク装置は、自転車（三輪型自転車を含む）に適用した場合について説明したが、この代わりに水上をペダルクランク装置で踏み込んでこぐ乗り物や、人力飛行機のペダルクランク装置等の乗り物、上記クランク装置を用いた乗り物用クランクペダル装置として、さらにはこの乗り物用クランクペダル装置や、乗り物用クランクペダル装置を用いた乗り物にも適宜応用できるのは勿論である。
また、上記実施の形態では、ガイド手段１０Ｌ、１０Ｒを上下方向に直線形状を有する態様について説明したが、この代わりに、例えば、図２の二点鎖線で示すように、ガイド手段１１０を、湾曲して形成したり、くの字状に屈曲して形成したり、あるいは蛇行するような形状に形成したり、さらには、これらの形状を適宜に組み合わせて形成した形状を有する態様を採用するものであってもよい。これによって、乗り物をこぐ人の体型、走行条件等に応じた形状を有するガイド手段を選択して、取り付けるようにすることも可能であり、さらには種々の形状を備えたガイド手段を適宜着脱自在に取り付けられるようにした態様とすることもできる。
また、ペダルを前踏み方式等で行う乗り物用クランクペダル装置等の場合には、ガイド手段１０Ｌ、１０Ｒを上下方向でなく、前方より後方に向かうにつれて上方に傾斜するように配置する構造にすることも可能である。
また、ガイド手段１０Ｌ、１０Ｒに案内されるスライダ１１Ｌｂ（および１１Ｒｂ）は、固定歯車の軸心Ｐ１と上死点または下死点位置での内転歯車の軸心Ｐ２とを通過する上下中心軸線Ｌに沿って往復運動するように設けたが、この代わりに、上下中心軸線Ｌ近傍の偏倚した位置を往復運動するように構成してもよいものである。
また、上記実施の形態では、固定歯車として平歯を刻んで形成した固定歯車６Ｌ，６Ｒを使用した場合について説明したが、この代わりに図８、図９に示すような固定歯車６０と、内転歯車５０との組み合わせによる噛み合い装置の態様とすることも可能である。なお、この噛み合い装置は、上記実施の形態と同様に、自転車等の乗り物フレームに対して左右にそれぞれ設けられるが、以下では便宜上、いずれか一方側にある噛み合い装置を代表して説明していくこととする。すなわち、固定歯車６０は、図８（ａ）に示すように、一対のリング板状基部６０ａをカバーとしてそれらの間に、複数のピン部材６０ｂを間隔をあけて配置して設け、あるいは、図８（ｂ）に示す固定歯車６１のように、リング板状基部６１ａから片持ち梁状に突出させたピン部材６１ｂを間隔をあけて配置して設けた、実質的にチェーン機能を有する形態に形成する。これら固定歯車６０あるいは固定歯車６１の内側を噛み合って回る内転歯車５０を、図９に示すように、スプロケットの形態に形成したものでもよい。これにより、チェーン形態とスプロケット形態との噛み合いにより噛み合い装置が構成されることとなり、上記実施の形態と同様にペダルの踏み込み力を円滑に伝達することが可能となる。なお、この場合、固定歯車６０に直接、チェーンを取り付けるようにしてもよいことは言うまでもない。
又、スプロケットの形態は、円でなくても良く、例えば、楕円スプロケットを採用することができる。
この変形例によれば、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、走行中に砂利等がチェーン形態・スプロケット形態の噛み合い部に噛み込むのを防止でき、安全走行を確保でき、また、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、且つ、重量低減を図ったクランク装置、乗り物等を得ることができるようになる。
また、上記噛み合い装置の別の態様として、図１０に示すように、固定歯車としては、スプロケット歯６２ａを有するスプロケット形態の固定歯車６２に形成し、この固定歯車６２の内側を回る内転歯車として、上記スプロケット歯６２ａに噛み合うピン状の歯６３ａを間隔をあけて設けたチェーン形態の内転歯車６３に形成する変形例とすることもできる。なお、この場合、内転歯車６３にチェーンを直接に設ける態様にしてもよいのは勿論である。
この変形例によれば、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、走行中に砂利等がチェーン形態・スプロケット形態の噛み合い部に噛み込むのを防止でき、安全走行を確保でき、また、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、且つ、重量低減を図ったクランク装置、乗り物等を得ることができるようになる。
また、さらに別の噛み合い装置として、図１１に示すような変形例にすることも可能である。すなわち、上記実施の形態では、内転歯車５Ｌ，５Ｒは固定歯車６Ｌ，６Ｒの内側を噛合しながら回転する態様に形成したが、この代わりに、図１１のように内転歯車５００の各歯５００ａの外周に、Ｖ字状のプーリ溝５００ｂを削り、固定歯車側には、内転歯車５００の各歯５００ａに噛み合う歯を有してプーリ溝５００ｂに噛み合うように、歯付きベルト（図示しない）を設け、この歯付きベルトに、内転歯車５００が噛み合うようにした態様でもよい。また、内転歯車に歯付きベルト形態を固定的に設け、固定歯車側の歯と噛み合うようにした態様でもよい。
また、内転歯車５Ｌ、５Ｒ、固定歯車６Ｌ、６Ｒは、平歯車で形成して噛合させたが、この代わりに、はすぱ歯車、かさ歯車等の歯車に形成して噛合させるようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、左側にある内転歯車５Ｌと、右側にある内転歯車５Ｒの歯数は、同じ歯数を有する場合について説明したが、勿論、左右の内転歯車の歯数を同じ歯数にする必要はなく、異なる歯数や直径にすることも可能である。
また、上記実施の形態では、左右両クランク腕４Ｌ，４Ｒは、クランク軸３に関して互いに１８０°をなすように反対方向に伸びるように状態に形成されたが、１８０°でなくてもよく、若干くの字状に屈曲するように伸びるような状態に形成されていてもよいのは言うまでもない。
また、接触部材として単なる棒状に形成しただけの接触部材１２Ｌａ、１２Ｒａであったが、図１２（ａ）に示すように、カム様接触部材１２Ｌｂ、１２Ｒｂを上下から囲む上方移動規定部４０を形成した楕円形状の接触部材４１や、図１２（ｂ）のように、上下移動規定部４２を有する接触部材４３を採用することも可能である。
これらの変形例によれば、ペダル装置１１Ｌ、１１Ｒ（入力部材）はその自重または踏み込み力だけで上方からカム様接触部材に接触しているだけであるので、接触による駆動力伝達機構を形成する入力部材側の接触部材と、内転歯車側のカム様接触部材とは互いに接触から離反することが可能な構成である。ところが、上下移動規定部４０，４２を備えた接触部材４１，４３を採用することで、入力部材がガイド手段に沿って往復運動をしている途中において、不意に入力部材に衝撃力が作用し、ペダル装置を浮き上がらせるようなことがあっても、上方移動規定部４０，４２が、カム様接触部材１２ｂの下側から係合する。このため、ペダル装置１１Ｌ、１１Ｒがガイド手段１０Ｌ、１０Ｒに沿って所定値以上に上方移動するのを阻止することができ、入力部材がガイド手段から外れたりすることを防止し、安定した状態でペダル装置を駆動することができる。
また、上記変形例のように、上下移動規定部４０，４２を設ける代わりに、あるいはこれを併用する態様で、図１３に示すような構造にすることも可能である。すなわち、フレーム１側に歯車、ローラ、あるいは滑車等のガイド部材Ｇを取り付け、そのガイド部材Ｇを介して左方のペダル装置１１Ｌと右方のペダル装置１１Ｒとを、索部材（例えば、チェーン、ワイヤ、スプリング等）Ｗを用いて弛まないようにして連結すると共に、フレーム１に索部材Ｗを緊張させるテンショナーＴを設けた構造を有する変形例にすることもできる。係る変形例によれば、左右のペダル装置１１Ｌ、１１Ｒは、索部材Ｗで連結されているので、ペダルが交互に踏み込まれる場合に、常に索部材Ｗにより連携して往復運動する。このため、左右のペダル装置が余分に上下運動するのを回避することができるものである。
また、駆動力伝達手段１２の接触部材１２ａに接触するカム様接触部材１２ｂとして、上記実施の形態以外に、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、長楕円形状のカム様接触部材４４や、図１４（ｃ）、（ｄ）のように、小円と、楕円とでなるカム様接触部材４５、さらには、図１５（ａ）のように三角形状に形成したもの４６、あるいは多角形状のもの（図示はしない）、同（ｂ）のように配置した小円と楕円とからなるカム様接触部材４７（図１４（ｃ）のものとは、楕円の傾斜が異なる）、図１５（ｃ）のように小円と大円とでなるカム様接触部材４８、同（ｄ）のように、３個の小円を配置した態様のカム様接触部材４９等を内転歯車５に設けてもよいものである。
また、カム様接触部材１２Ｌｂ、１２Ｒｂに、ローラ等の転がり部材を設け、これに接触部材１２Ｌａ、１２Ｒａを接触させるようにすることも可能である。又、接触部材１２Ｌａ、１２Ｒａに、ローラ等の転がり部材を設け、これにカム様接触部材１２Ｌｂ、１２Ｒｂを接触させるようにすることも可能である。これらによれば、接触抵抗を小さくでき、接触による駆動力伝達機構における摩耗を低減することが可能となる。
また、本実施の形態では、駆動力伝達手段１２Ｌ、１２Ｒとして、接触部材とカム様接触部材（図７参照）からなる、接触による駆動力伝達機構で形成した場合について説明したが、これは接触部材に作用する重力の他に、踏み込み力といった駆動力の助けをかりてカム様接触部材１２Ｌｂ、１２Ｒｂに接触させているのであるが、接触部材とカム様接触部材とが離反しないで確実に接触を維持させるために、例えば、コイルスプリングといったバネ手段、接触部材とカム様接触部材との間を自由に回転することができるようにして連結したリンク部材等を使用して不用意に接触部材がカム様接触部材から浮き上がって離脱する事態を回避するようにしてもよいものである。
また、接触部材とカム様接触部材とが常時追従するようにするために、いわゆる確動カムと類似の態様で構成するようにしてもよいのは勿論である。
また、ガイド手段１０の上方に、図１に示すようなストッパ部５１を設けるようにしてもよい。これにより、ペダル装置１１に不用意な上方への力が作用しても、スライダ１１ｂが上死点近傍でこのストッパ部５１に食い止められることにより、不用意に浮き上がって上昇するのを阻止し、ペダル装置がガイド手段１０から解脱するような事態を未然に防止するようにすることができる。
また、上記実施の形態では、ガイド手段として、各側に２本のガイド棒１０Ｌａ，１０Ｌｂ、１０Ｒａ、１０Ｒｂを並行配置した構成にしたが、これら各ガイド棒の横断面をコ字形状またはＵ字形状にし、その内部溝にガイドローラを転動するように配置するようにしてもよい。これにより、ペダル装置１１Ｌ，１１Ｒの上下動をより円滑で安定したものにすることが可能となる。
また、ガイド手段１０Ｌ、１０Ｒを、１本のガイド棒で形成してもよい。この場合も横断面コ字形状またはＵ字形状に形成し、その内部にガイドローラないしはスライダ部材が上下運動の軌跡から逸脱しないような態様で収容し、転動ないしは摺動するようにすることもできる。
また、内転歯車５Ｌ、５Ｒと、固定歯車６Ｌ、６Ｒとの噛合状態が外部から見えないようにするため、内転歯車と固定歯車とを覆うようなカバーを取り付けてもよい。この場合、カバーに、ペダル装置１１Ｌ、１１Ｒの上下移動を許容するための、スリットを形成しておくとよい。なお、この場合に、このスリット自体が上記ガイド手段の機能を有するように形成することもできる。この変形例によれば、歯車５Ｌ、５Ｒ，６Ｌ、６Ｒの噛合部に衣服や飛び石等が噛み込んだりして、自転車が急停止するような事態を円滑に回避することができるようになる。
また、上記実施の形態では、駆動力取り出し手段として原動スプロケット１３ａと従動スプロケット１３ｂとの間にチェーン１３ｃを巻き掛けしてなる巻き掛けリンク機構で形成した場合について説明したが、例えば、図１６に示すように、シャフトドライブシステムで動力を伝達する構造にすることも可能である。すなわち、原動スプロケット１３ａの代わりに、クランク軸３にベベル歯車８１を一体回転可能に取り付け、従動側の後輪スプロケット１３ｃの代わりにベベル歯車８２を設け、チェーン１３ｃの代わりに両端にベベル歯車８３，８４を有するドライブ軸８５を設けた構造にしたものである。これにより、ベベル歯車８１をドライブ軸８５のベベル歯車８３に、ベベル歯車８２にドライブ軸８５のベベル歯車８４にそれぞれ噛合するようにしているため、チェーン１３ｃのように弛むことがなく、ペダル１１を踏み込んでこぐ力を、効率的に回転運動に変換して従動側に伝達することができる効果を有する。
また、上記実施形態では、クランク装置を、ペダルを足の踏み込み力でこぐ形態の通常タイプの自転車本体（フレーム）１に組み込んだ場合について説明したが、この代わりに、図１７に示す変形例のように、車椅子部９０１にハンドサイクル部９０２を着脱自在に装着したり、あるいはハンドサイクル部９０２を固定的に取りつけたりすることにより形成されるタイプのハンドサイクル９００のフレーム９０３に組み込み、手や腕の力で駆動させることも可能である。すなわち、本変形例では、クランク軸の左右両側のクランク腕を同じ位相角度の方向、つまり対称な配置構成となるような方向に伸ばし、その先端に上記実施形態のペダル１０に相当するハンドル型ペダル９０５を取り付けた構成であり、それ以外の構成は上記実施形態と同じである。係る変形例において、ペダル機能を付与されたハンドル型ペダル９０５を左右の手で駆動すると、その駆動力は、内転歯車を回転させ、チェーン９０６等の回転力取り出し手段であるチェーン９０６を介して前輪９０７を駆動し、ハンドサイクル９００を走行させることができる。
このため、上記変形例によれば、車椅子部９０１の搭乗者自身が手でハンドル型ペダル９０５を駆動させるだけの簡単な操作で、容易にハンドサイクル９００を走行操作することができ、上記実施形態と同様に、エネルギー損失を抑制した状態で走行させることができるのは勿論のこと、脚力の乏しい高齢者や身障者等でも容易にハンドサイクルを操作でき、ひいては筋肉訓練、体力向上に資する効果を有する。
なお、上記変形例においては、ハンドル型ペダル９０５をハンドサイクル本体に対して左右対称に設けて、左右同時に駆動操作する場合であったが、いずれか片側にだけハンドル型ペダルを設けて駆動するようにした形態でも可能であるのは言うまでもない。
なおまた、係るハンドサイクルは、上記変形例で適用した車椅子型のハンドサイクルだけでなく、通常の自転車型のハンドサイクルにも応用することも可能である。
【発明の効果】
以上により、請求項１記載の発明によれば、内転歯車は、固定歯車に噛合しながらクランク軸心を中心にして遊星歯車的に転がり運動（公転運動）をし、かつ、内転歯車自身もクランク腕を中心として自転する。内転歯車は、自転しながら公転することで、入力部材の直線的なあるいは曲線的な往復運動が、クランク腕に回転円運動として変換される。このように、一対の入力部材を交互に直線的あるいは曲線的な往復運動を与えることにより、その回転運動による駆動力は、クランク軸に設けられた駆動力取り出し手段から外部に取り出される。このため、入力部材に加えられた駆動力は、内転歯車が上死点またはその近傍にあるときでも、内転歯車に作用する回転モーメントにより、上死点またはその近傍で内転歯車、すなわち入力部材が思案することなくガイド手段に沿って運動することができ、円滑、且つ、効率的に回転運動に変換され、エネルギ損失を抑制できるクランク装置を得ることができる効果を奏する。
また、駆動力取り出し手段を、例えば、スプロケットとそれに係合するチェーンや、プーリィとそれに係合するベルトといった巻き掛けリンク機構でなく、ベベルギヤとドライブシャフトでなるシャフト駆動方式によるシステムで形成することも可能であり、そうした場合には、巻き掛けリンク機構の遊びやたるみが発生しないので、ペダルに加えられた回転力を無駄にすることなく効率よく後輪に伝達することができ、ひいてはエネルギ伝達効率を向上できる効果も奏する。
また、請求項２記載の発明によれば、一方の内転歯車と、他方の内転歯車とは、側面から視た状態で、常時互いに固定歯車の中心点あるいはその近傍において外接する関係位置にくるようにレイアウトされている。このため、各内転歯車は固定歯車に対して一回転だけ自転すると、固定歯車の内側を一回転して公転することが可能となり、その結果、入力部材の上下中心軸線に沿った方向への往復運動を円滑に実現でき、これにより、入力部材に加えられる駆動力を、より効率的に回転運動に変換することが可能となる効果を奏する。
また、請求項３記載の発明によれば、入力部材に駆動力が作用すると、その駆動力は駆動力伝達手段である、接触による駆動力伝達機構の接触部材が、例えばペダル装置がガイド手段に沿って運動する方向から偏倚（オフセット）した位置でカム様接触部材に接触して上から押圧することで、内転歯車に回転モーメントを生じさせる。これにより、一方側の内転歯車が上死点またはその近傍（他方側の内転歯車はその下死点またはその近傍にある）から、下死点またはその近傍（他方側の内転歯車は、その上死点またはその近傍）に向かって転動することができる。こうして、接触による駆動力伝達機構という簡単な構造によって、内転歯車に入力部材からの駆動力を伝達することができる効果を奏する。
また、請求項４記載の発明によれば、入力部材は、ガイド手段に案内されて往復運動するとき、固定歯車の軸心またはその近傍を通る上下死点を通る軸線に沿って往復運動する。したがって、接触部材とカム様接触部材との接触部位が上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されているため、入力部材側に加えられた駆動力は、接触部材により内転歯車側の、カム様接触部材が上方から押圧されることで、内転歯車に回転モーメントが働く。このため、内転歯車は固定歯車に噛合しながら転動されていき、クランク軸が回転し、回転力が駆動力取り出し手段から出力され、入力部材の往復運動を効率よく回転運動に変換することができる効果を奏する。
また、請求項５記載の発明によれば、入力部材はガイド手段に対して、接触による駆動力伝達機構により形成された駆動力伝達手段を介してリンクされてはいるものの、接触による駆動力伝達機構を形成する入力部材側の接触部材と、内転歯車側のカム様接触部材とは互いに接触するだけであり、両者が相反する方向に離反することが可能な構成である。このため、入力部材がガイド手段に沿って往復運動をしている最中において、不意に入力部材に衝撃力が作用したとしても、接触部材側に上方への移動量を規定する移動量規制手段が設けられているため、その上方移動量規制手段にカム様接触部材が係合することで、所定値以上に上方移動するのを阻止し、入力部材がガイド手段から解脱したりすることを確実に防止し、入力部材を安定した状態で駆動操作できる効果を奏する。
また、請求項６記載の発明によれば、一方の入力部材側と他方の入力部材側とが、例えば、チェーン、ワイヤ等の索部材を介して連結されており、且つ、この索部材をスプリング等のばね部材により弛まないように緊張させておくことで、各入力部材が往復運動を行うときに、互いに連携しながら運動するため、不意にいずれかの入力部材に衝撃的な外力が作用するようなことがあっても、入力部材が余分な運動をするのを阻止することができる効果を奏する。
また、請求項７記載の発明によれば、固定歯車と内転歯車との噛み合い装置として、固定歯車６０は、例えば、一対のリング板状基部の間に、複数のピン部材を間隔をあけて配置して設けたりする実質的にチェーン機能を有する形態に形成する。この固定歯車の内側を噛み合って回る内転歯車を、スプロケットの形態に形成しているので、チェーンとスプロケットとの噛み合いにより噛み合い装置が構成されることとなり、ペダルの踏み込み力を円滑に伝達することが可能となる。そして、この場合、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、走行中に砂利等がチェーン・スプロケットの噛み合い部に噛み込むのを防止でき、安全走行を確保でき、また、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、且つ、重量低減を図ったクランク装置、乗り物等を得ることができる効果を奏する。
また、請求項８記載の発明によれば、固定歯車としては、スプロケット歯を有するスプロケット形態の固定歯車に形成し、この固定歯車の内側を回る内転歯車として、スプロケット歯に噛み合うピン状の歯を間隔をあけて設けたチェーン形態の内転歯車に形成しているので、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、走行中に砂利等がチェーン・スプロケットの噛み合い部に噛み込むのを防止することで、安全走行を確保でき、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成できて重量低減を図ったクランク装置を得ることができる効果を奏する。
また、請求項９記載の発明によれば、内転歯車の各歯の外周に、例えば、Ｖ字状のプーリ溝を削り、固定歯車側には、内転歯車の各歯に噛み合う歯を有してプーリ溝に噛み合うように、歯付きベルトを設け、この歯付きベルトに、内転歯車が噛み合うので、上記請求項７，８の発明と同様な効果の他に、振動を抑制した噛み合い装置（機構）を得ることができる効果を奏する。
また、請求項１０記載の発明によれば、クランク装置を二輪車型自転車、三輪車型自転車、人力飛行機、水上用の人力による足こぎ式ボート等の乗り物にも応用できて有益となる効果を奏する。
また、請求項１１記載の発明に係る乗り物用クランクペダル装置によれば、二輪車型自転車や三輪車型自転車等の自転車、水上足こぎボート、人力飛行機等といった乗り物用のクランク装置に採用されたものであって、入力部材としてのペダル装置に駆動力である踏み込み力を作用させると、ペダル装置はガイド手段に案内されて移動（往復運動）する。このとき、ペダル装置に負荷された踏み込み力は駆動力伝達手段を介して、上下中心軸線から偏倚した位置において、内転歯車に伝えられ、これにより内転歯車に回転モーメントが生じる。
このため、内転歯車は、固定歯車に噛合しながらクランク軸心を中心にして遊星歯車的に転がり運動（公転）をし、かつ、自身もクランク腕を中心として自転する。内転歯車が固定歯車の内側を自転しながら公転することで、ペダル装置の運動が、クランク腕を回転させる回転運動に変換され、その回転運動による回転力は、クランク軸に設けられた、例えばスプロケット等で形成された駆動力取り出し手段からチェーンといった外部部材に取り出される（伝達される）。したがって、ペダル装置に加えられた下方向への踏み込み力は、内転歯車が上死点にあるときでも、内転歯車に回転モーメントが作用するようにしているため、上死点でペダル装置が思案することがなく、直ちに、且つ、円滑に回転運動に変換され、エネルギ変換効率に優れたクランク装置を得ることができる効果を奏する。
また、請求項１１記載の発明によれば、上記請求項８記載のものに加えて、更に、次のような効果を奏する。すなわち、一方の内転歯車と、他方の内転歯車とは、側面から視た状態で、常時互いに固定歯車の中心点あるいはその近傍において外接する関係にレイアウトされている。このため、各内転歯車は固定歯車に対して一回転だけ自転すると、固定歯車の内側を一回転して公転することが可能となり、その結果、ペダル装置の上下中心軸線に沿った方向への往復運動を円滑に実現でき、これにより、ペダル装置に加えられる駆動力を、より効率的に回転運動に変換することが可能となる効果を奏する。
また、請求項１１記載の発明によれば、接触による駆動力伝達機構という簡単な構造を採用することによって、内転歯車に入力部材からの駆動力を伝達することができる効果を奏する。
また、請求項１１記載の発明によれば、接触部材とカム様接触部材との接触部位が上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されているため、ペダル装置側に加えられた駆動力は、接触部材により内転歯車側にあるカム様接触部材が上方から押圧されることで、内転歯車に回転モーメントが働く。このため、内転歯車は上死点またはその近傍で思案することなく、固定歯車に噛合しながら転動されていき、クランク軸が回転し、回転力が駆動力取り出し手段から出力され、入力部材の往復運動を効率よく回転運動に変換することができる効果を奏する。
また、請求項１１記載の発明によれば、ペダル装置がガイド手段に沿って往復運動をしている最中において、不意にペダル装置に衝撃力が作用したとしても、接触部材側に上方への移動量を規定する移動量規制手段が設けられているため、その上方移動量規制手段にカム様接触部材が係合することで、所定値以上に上方移動するのを阻止し、ペダル装置がガイド手段から解脱したりすることを防止し、ペダル装置を安定した状態で駆動操作することが可能となる効果を奏する。
また、請求項１１記載の発明によれば、一方のペダル装置側と他方のペダル装置側とが、例えば、チェーン、ワイヤ等の索部材を介して連結され、且つ、この索部材をスプリング等のばね部材により弛まないように緊張させておくことで、各ペダル装置が往復運動を行うときに、連携しながら運動するため、不意にいずれかのペダル装置に衝撃的な外力が作用するようなことがあっても、ペダル装置が余分な運動をするのを阻止することができる効果を奏する。
この請求項１１記載の発明によれば、チェーンとスプロケットとの噛み合いにより噛み合い装置が構成されることとなり、自転車等の乗り物のペダルの踏み込み力を円滑に伝達することが可能となる。そして、この場合、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、自転車等の乗り物の走行中に砂利等がチェーン・スプロケットの噛み合い部に噛み込むのを防止でき、安全走行を確保でき、また、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、且つ、重量低減を図った乗り物用クランクペダル装置を得ることができる効果を奏する。
また、請求項１１記載の発明によれば、固定歯車としては、スプロケット歯を有するスプロケット形態の固定歯車に形成し、この固定歯車の内側を回る内転歯車として、スプロケット歯に噛み合うピン状の歯を間隔をあけて設けたチェーン形態の内転歯車に形成しているので、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、自転車等の乗り物の走行中に砂利等がチェーン・スプロケットの噛み合い部に噛み込むのを防止でき、安全走行を確保できるだけでなく、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、重量低減を図った乗り物用クランクペダル装置を得ることができる効果を奏する。
また、請求項１１記載の発明によれば、別の噛み合い装置として、内転歯車の各歯の外周に、例えば、Ｖ字状のプーリ溝を削り、固定歯車側には、内転歯車の各歯に噛み合う歯を有してプーリ溝に噛み合うように、歯付きベルトを設け、この歯付きベルトに、内転歯車が噛み合うので、振動を抑制した噛み合い装置（機構）を得ることができる効果を奏する。
また、請求項１２記載の発明によれば、乗り物用クランクペダル装置を、二輪車型自転車、三輪車型自転車、人力飛行機、水上用の人力による足こぎ式ボート等の乗り物にも応用した場合には、エネルギ伝達効率に優れた乗り物を得ることができる効果を奏する。
請求項１３記載の発明によれば、内転歯車は、固定歯車に噛合しながらクランク軸心を中心にして遊星歯車的に転がり運動（公転運動）をし、かつ、内転歯車自身もクランク腕を中心として自転する。内転歯車は、自転しながら公転することで、入力部材の直線的なあるいは曲線的な往復運動が、クランク腕に回転円運動として変換される。このように、入力部材を交互に直線的あるいは曲線的な往復運動を与えることにより、その回転運動による駆動力は、クランク軸に設けられた駆動力取り出し手段から外部に取り出される。このため、入力部材に加えられた駆動力は、内転歯車が上死点またはその近傍にあるときでも、内転歯車に作用する回転モーメントにより、上死点またはその近傍で内転歯車、すなわち入力部材が思案することなくガイド手段に沿って運動することができ、円滑、且つ、効率的に回転運動に変換され、エネルギ損失を抑制できるクランク装置を得ることができる効果を奏する。
また、請求項１４記載の発明によれば、これを、例えば、通常の自転車や車椅子に装着したいわゆるハンドサイクルに適用した場合には、次のような作用を呈することとなる。
すなわち、ハンドル型ペダルまたはハンドルから離れた場所に設置した手動ペダルを動かすことにより、内転歯車は、固定歯車に噛合しながらクランク軸心を中心にして遊星歯車的に転がり運動（公転運動）をし、かつ、内転歯車自身もクランク腕を中心として自転する。内転歯車は、自転しながら公転することで、入力部材の直線的なあるいは曲線的な往復運動が、クランク腕に回転円運動として変換される。このように、入力部材を交互に直線的あるいは曲線的な往復運動を与えることにより、その回転運動による駆動力は、クランク軸に設けられた駆動力取り出し手段から外部に取り出される。このため、入力部材に加えられた駆動力は、内転歯車が上死点またはその近傍にあるときでも、内転歯車に作用する回転モーメントにより、上死点またはその近傍で内転歯車、すなわち入力部材が思案することなくガイド手段に沿って運動することができ、円滑、且つ、効率的に回転運動に変換され、脚力に乏しい身障者や高齢者等でも、自身の手の力でハンドル型ペダルを動かすだけの簡単な操作を行うことで、回転力取り出し手段が駆動し、ハンド型自転車を容易に走行でき、リハビリテーション効果も向上できる効果を奏する。
【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】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年12月2日(2005.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材に軸受け部を介して回転自在に設けられたクランク軸、このクランク軸両側に屈曲して伸ぴる各クランク腕、これらのクランク腕に回転自在に設けられて内転する一対の内転歯車、上記固定部材側に設けられ、上記各内転歯車を遊星歯車的に自転しながら転動(公転)せしめるように噛合させる一対の固定歯車、これらの固定歯車側に設けられた一対のガイド手段、これらのガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するための一対の入力部材、これら入力部材と上記各内転歯車との間に介装され、上記内転歯車が上死点またはその近傍にあるとき、上記入力部材に加えられた駆動力が、上記各内転歯車に回転モーメントが生じるように伝達されて上記各クランク腕を回転させる一対の駆動力伝達手段、および上記クランク軸に設けられ、上記駆動力を外部へ取り出す駆動力取り出し手段を具備したことを特徴とするクランク装置。
【請求項２】
上記各内転歯車と上記各固定歯車との歯数比を、上記内転歯車が上記固定歯車を転動して1周するときに1回転する関係をなすように形成されたことを特徴とする請求項1記載のクランク装置。
【請求項３】
上記各駆動力伝達手段は、上記各入力部材側に設けられた各接触部材と、これらの接触部材に接触され上記各内転歯車側に設けられた各カム様接触部材とでなる接触による駆動力伝達機構により形成したことを特徴とする請求項1または２記載のクランク装置。
【請求項４】
上記各ガイド手段に案内されて上記上死点またはその近傍と、上記下死点または下死点近傍との間を往復運動する各入力部材は、上記各固定歯車の軸心またはその近傍を通る上下死点を通る軸線に沿って往復運動し、且つ、上記各内転歯車が、上記上死点またはその近傍にあるときに、上記接触による駆動力伝達機構の接触部材とカム様接触部材との接触部位を、上記上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されるようにしたことを特徴とする請求項３記載のクランク装置。
【請求項５】
上記接触による駆動力伝達機構の各接触部材に、上方への移動量を規定する上方移動量規制手段を設けたことを特徴とする請求項３または４記載のクランク装置。
【請求項６】
上記一方の入力部材側と、他方の入力部材側とを、索部材を介して連結し、上記一、他両方の入力が上記索部材を介して連携して往復運動するようにしたことを特徴とする請求項３または４記載のクランク装置。
【請求項７】
上記内転歯車は、スプロケット形態で形成され、上記固定歯車は、チェーン形態で形成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランク装置。
【請求項８】
上記内転歯車は、チェーン形態で形成され、上記固定歯車は、スプロケット形態で形成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランク装置。
【請求項９】
上記園定歯車と内転歯車の組み合わせは、歯付きベルトで形成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランク装置。
【請求項１０】
上記請求項１乃至９のいずれか一項に記載のクランク装置を備えたことを特徴とする乗り物。
【請求項１１】
上記請求項1乃至９のいずれか一項に記載したクランク装置に、上記ガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するためのペダル装置を更に具備させたクランクペダル装置。
【請求項１２】
上記請求項１１に記載のクランクベダル装置を備えたことを特徴とする乗り物。
【請求項１３】
固定部材に軸受け部を介して回転自在に設けられたクランク軸、このクランク軸に屈曲して伸びるクランク腕、このクランク腕に回転自在に設けられて内転する内転歯車、上記固定部材側に設けられ、上記各内転歯車を遊星歯車的に自転しながら転動(公転)せしめるように噛合させる固定歯車、この固定歯車側に設けられたガイド手段、このガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するための入力部材、この入力部材と上記内転歯車との間に介装され、上記内転歯車が上死点またはその近傍にあるとき、上記入力部材に加えられた駆動力が、上記内転歯車に回転モーメントが生じるように伝達されて上記クランク腕を回転させる駆動力伝達手段、および上記クランク軸に設けられ、上記駆動力を外部へ取り出す駆動力取り出し手段を具備したことを特徴とするクランク装置。
【請求項１４】
上記各駆動力伝達手段は、上記各入力部材側に設けられた各接触部材と、これらの接触部材に接触され上記各内転歯車側に設けられた各カム様接触部材とでなる接触による駆動力伝達機構により形成したことを特徴とする請求項１３記載のクランク装置。
【請求項１５】
乗物本体に軸受け部を介して回転自在に設けられたクランク軸、このクランク軸に屈曲して伸びるクランク腕、このクランク腕に回転自在に設けられて内転する内転歯車、上記乗物本体側に設けられ、上記各内転歯車を遊星歯車的に自転しながら転動(公転)せしめるように噛合させる固定歯車、この乗物本体側に設けられたガイド手段、このガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するための入力部材、この入力部材と上記内転歯車との間に介装され、上記内転歯軍が上死点またはその近傍にあるとき、上記入力部材に加えられた駆動力が、上記内転歯車に回転モーメントが生じるように伝達されて上記クランク腕を回転させる駆動力伝達手段、上記駆動力伝達手段に係合されたハンドル型ペダル、および上記クランク軸に設けられ、上記駆動力を外部へ取リ出す駆動力取り出し手段を具備したことを特徴とする乗物用クランクペダル装置。
【請求項１６】
上記各駆動力伝達手段は、上記各入力部材側に設けられた各接触部材と、これらの接触部材に接触され上記各内転歯車側に設けられた各カム様接触部材とでなる接触による駆動力伝達機構により形成したことを特徴とする請求項１５記載の乗物用クランクペダル装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力手段(ペダル装置)の上下方向への往復運動を回転運動に変換することにより、入力手段に負荷される駆動力(踏み込み力)を効率よく回転運動のエネルギに変換するようにしたクランク装置、それを備えた乗り物、乗り物用クランクペダル装置、及び乗り物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、自転軍に設けられたクランクペダル装置にあっては、ペダルを下死点に向かって踏み込む回転運動により、クランク腕を介してクランク軸をそのまま回転させ、クランク軸に一体固定したスプロケットに巻き掛けたチェーンを介して後輪のスプロケットを回転することにより、後輪が駆動されるようにしている。しかし、ペダルを踏み込んでクランク軸に回転運動を与えるときに、体重を左右及び前後に移動させてペダルを踏み込むことからハンドルの揺動を生じる場合があると共に、クランク装置の動力伝達効率を損ねてしまう。
【０００３】
そこで、従来、上記のような不具合を解消する技術として、例えば、特許文献１に示したような技術が知られている。この特許文献１に記載された自転車では、クランク軸を廃止する代わりに、左右に上下一対のスプロケットを配置し、これら左右に設けた上下一対のスプロケット間に一対のチェーンを巻き掛けし、左右のペダルをチェーンの張り側区間において互いに係脱するように一本のロープを介して連結している。これにより、左ペダルを上から下方向に踏み込むときには、左ペダルは左チェーンに係合して一体に左スプロケットを回転させる一方、右ペダルはロープから作用する懸垂力により右チェーンから離脱して上方移動をするだけである。次いで、右ペダルを下に踏み込むことで、右ペダルが右チェーンに係合して右チェーンを回転させ、右スプロケットが同期して回転駆動される。このとき、左ペダルはロープで懸垂されながら左チェーンとの係合を切り離された状態で上方に移動していく。このように、クランク機構を廃することで、ペダルを回転運動させることなく、左右のペダルの踏み込み動作を直線運動して繰リ返すことにより、後輸に駆動力を伝達し、走行できるようになっているものである。
【０００４】
【特許文献１】実公平２−４４６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記自転車では、クランク機構を廃してはいるものの、上から下方向への直線運動により車体の左右に配置した４個のスプロケット、２個のチェーン、左右のペダルを結合するロープ、左右のペダルをチェーンから係脱するための機構などを必要とするため、構造が複雑となり、ひいては車体重量が大幅に増大してしまうといった問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる問題点を解消することを目的として工夫されたもので、人力手段(ペダル装置)の上下方向への往復運動を回転運動に変換することにより、入力手段に負荷される駆動力(踏み込み力)を効率よく回転運動のエネルギに変換するようにしたクランク装置、それを備えた乗り物、乗り物用クランクペダル装置、及び乗り物を提供することを目的(課題)とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するために工夫されたものであり、次のような手段を講ずることとした。
すなわち、請求項１記載の発明においては、固定部材に軸受け部を介して回転自在に設けられたクランク軸、このクランク軸両側に屈曲して伸びる各クランク腕、これらのクランク腕に回転自在に設けられて内転する一対の内転歯車、上記固定部材側に設けられ、上記各内転歯車を遊星歯車的に自転しながら転動(公転)せしめるように噛合させる一対の固定歯車、これらの固定歯車側に設けられた一対のガイド手段、これらのガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するための一対の入力部材、これら入力部材と上記各内転歯車との間に介装され、上記内転歯車が上死点またはその近傍にあるとき、上記入力部材に加えられた駆動力が、上記各内転歯車に伝達されて上記各クランク腕を回転させる一対の駆動力伝達手段、および上記クランク軸に設けられ、上記駆動力を外部へ取り出す駆動力取り出し手段を具備したことを特徴とする。
なお、本発明においては、歯車とは噛み合わせ接触により動力を伝達する機能を有する部材の意味で使用するものとし、スプロケット、歯付きベルト等の部材を含むものとする。
【０００８】
このような構成を採ることにより、本発明においては、一方の入力部材に上から下方向への押さえ込む(踏み込む)駆動力を作用(負荷)させると、その入力部材はガイド手段に案内されて移動する。すなわち、一方側にある入力部材が上死点またはその近傍にあるとき、他方側にある入力部材は下死点またはその近傍にある。そして、一方側にある入力部材が上死点またはその近傍にあるときに、一方側の入力部材に駆動力を作用させると、その駆動力は駆動力伝達手段を介して内転歯車に伝達される。これにより、一方側にある入力部材は、上死点またはその近傍から下死点またはその近傍に向かって移動する。
【０００９】
なお、他方側の入力部材は、他方側に設けられた駆動力伝達手段を介して下死点またはその近傍から上死点またはその近傍に向かって移動する。つまり、一方側の入力部材に駆動力を作用させると、入力部材はガイド手段に案内されながら移動する。このとき、これに応じて上死点またはその近傍にある内転歯車には、駆動力伝達手段を介して駆動力による回転モーメントが生じて内転する。
【００１０】
これにより、内転歯車は、固定歯車に噛合しながらクランク軸心を中心にして遊星歯車的に転がり運動(公転運動)をし、かつ、内転歯車自身もクランク腕を中心として自転する。内転歯車は、自転しながら公転することで、入力部材の直線的なあるいは曲線的な往復運動が、クランク腕に回転円運動として変換される。このように、一対の入力部材に交互に直線的あるいは曲線的な往復運動を与えることにより、その回転運動による駆動力は、クランク軸に設けられた駆動力取り出し手段から外部に取り出される。このため、入力部材に加えられた駆動力は、内転歯車が上死点またはその近傍にあるときでも、内転歯車に作用する回転モーメントにより、上死点またはその近傍で内転歯車、すなわち入力部材が思案することなくガイド手段に沿って運動することができ、円滑、且つ、効率的に回転運動に変換され、エネルギ損失を抑制できるクランク装置を得ることができるようになる。
【００１１】
また、駆動力取り出し手段を、例えば、スプロケットとそれに係合するチェーンや、プーリィとそれに係合するベルトといった巻き掛けリンク機構でなく、ベベルギヤとドライブシャフトでなるシャフト駆動方式によるシステムで形成することも可能であり、そうした場合には、巻き掛けリンク機構の遊びやたるみが発生しないので、ペダルに加えられた回転力を無駄にすることなく効率よく後輪に伝達することができ、ひいてはエネルギ伝達効率を向上できるようになる。
【００１２】
次に、請求項２記載の発明について説明する。本発明の構成も、その基本的な点は、上記請求項１記載のものと同じであるが、その特徴とするところは、上記構成に加えて、請求項２記載の発明は、上記各内転歯車と上記各固定歯車との歯数比を、上記内転歯車が上記固定歯車を転動して１周するときに１回転する関係をなすように形成されたことを特徴とする。
【００１３】
このような構成を採ることにより、本発明のものにおいては、上記請求項１記載のものに加えて、更に、次のような作用を呈することとなる。すなわち、一方の内転歯車と、他方の内転歯車とは、側面から視た状態で、常時互いに固定歯車の中心点あるいはその近傍において外接する関係位置にくるようにレイアウトされている。このため、各内転歯車は固定歯車に対して一回転だけ自転すると、固定歯車の内側を一回転して公転することが可能となり、その結果、入力部材の上下中心軸線に沿った方向への往復運動を円滑に実現でき、これにより、入力部材に加えられる駆動力を、より効率的に回転運動に変換することが可能となるものである。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のクランク装置に係り、上記各駆動力伝達手段は、上記各入力部材側に設けられた各接触部材と、これらの接触部材に接触され上記各内転歯車側に設けられた各カム様接触部材とでなる、接触による駆動力伝達機構により形成したことを特徴とする。
【００１５】
この請求項３記載の発明では、入力部材に駆動力が作用すると、接触部材がガイド手段に沿って運動する方向から偏倚(オフセット)した位置でカム様接触部材に接触して上から押圧することで、内転歯車に回転モーメントを生じさせる。これにより、一方側の内転歯車が上死点またはその近傍(他方側の内転歯車はその下死点またはその近傍にある)から、下死点またはその近傍(他方側の内転歯車は、その上死点またはその近傍)に向かって転動することができる。こうして、接触による駆動力伝達機構という簡単な構造によって、内転歯車に入力部材からの駆動力を伝達することができるようになる。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載のクランク装置に係り、上記各ガイド手段に案内されて上記上死点またはその近傍と、上記下死点または下死点近傍との間を往復運動する各入力部材は、上記各固定歯車の軸心またはその近傍を通る上下死点を通る軸線に沿って往復運動し、且つ、上記各内転歯車が、上記上死点またはその近傍にあるときに、上記接触による駆動力伝達機構の接触部材とカム様接触部材との接触部位を、上記上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
この請求項４記載の発明では、入力部材は、ガイド手段に案内されて往復運動するとき、各内転歯車が上死点またはその近傍にあるときに固定歯車の軸心またはその近傍を通る上下死点を通る軸線に沿って往復運動する。接触部材とカム様接触部材との接触部位が上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されているため、入力部材側に加えられた駆動力は、接触部材により内転歯車側の、カム様接触部材が上方から押圧されることで、内転歯車に回転モーメントが働く。このため、内転歯車は固定歯車に噛合しながら転動されていき、クランク軸が回転し、回転力が駆動力取り出し手段から出力され、入力部材の往復運動を効率よく回転運動に変換することができるようになる。
【００１８】
また、請求項５記載の発明は、請求項３または４記載のクランク装置に係り、上記接触による駆動力伝達機構の各接触部材に、上方への移動量を規定する上方移動量規制手段を設けたことを特徴とする。
【００１９】
この請求項５記載の発明では、入力部材はガイド手段に対して、接触による駆動力伝達機構により形成された駆動力伝達手段を介してリンクされてはいるものの、接触による駆動力伝達機構を形成する入力部材側の接触部材と、内転歯車側のカム様接触部材とは互いに接触するだけであり、両者が相反する方向に離反することが可能な構成である。このため、入力部材がガイド手段に沿って往復運動をしている最中において、不意に入力部材に衝撃力が作用したとしても、接触部材側に上方への移動量を規定する移動量規制手段が設けられているため、その上方移動量規制手段にカム様接触部材が係合することで、所定値以上に上方移動するのを阻止し、入力部材がガイド手段から離脱したりすることを防止することが可能となるものである。
【００２０】
また、請求項６記載の発明は、請求項３または４記載のクランク装置に係り、上記一方の入力部材側と、他方の入力部材側とを、索部材を介して連結し、上記一、他両方の入力が上記索部材を介して運携して往復運動するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
この請求項６記載の発明では、一方の入力部材側と他方の入力部材側とが、例えば、チェーン、ワイヤ等の索部材を介して連結されており、且つ、この索部材をスプリング等のぱね部材により弛まないように緊張させておくことで、各入力部材が往復運動を行うときに、互いに連携しながら運動するため、不意にいずれかの入力部材に衝撃的な外力が作用するようなことがあっても、入力部材が余分な運動をするのを阻止することができるようになる。
【００２２】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランク装置に係り、上記内転歯車は、スプロケット形態で形成され、上記固定歯車は、チェーン形態で形成されたことを特徴とする。
【００２３】
この請求項７記載の発明では、固定歯車と内転歯車との噛み合い装置として、固定歯車６０は、例えば、一対のリング板状基部の間に、複数のピン部材を間隔をあけて配置して設けたりする実質的にチェーン機能を有する形態に形成する。この固定歯車の内側を噛み合って回る内転歯車を、スプロケットの形態に形成しているので、チェーンとスプロケットとの噛み合いにより噛み合い装置が構成されることとなり、ペダルの踏み込み力を円滑に伝達することが可能となる。そして、この場合、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、走行中に砂利等がチェーン・スプロケットの噛み合い部に噛み込むのを防止する効果がある。また、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、且つ、重量低減を図ったクランク装置、乗り物等を得ることができるようになる。
【００２４】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランク装置に係り、上記内転歯車は、チェーン形態で形成され、上記固定歯車は、スプロケット形態で形成されたことを特徴とする。
【００２５】
この請求項８記載の発明では、固定歯車としては、スプロケット歯を有するスプロケット形態の固定歯車に形成し、この固定歯車の内側を回る内転歯車として、スプロケット歯に噛み合うピン状の歯を間隔をあけて設けたチェーン形態の内転歯車に形成しているので、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、走行中に砂利等がチェーン・スプロケットの噛み合い部に噛み込むのを防止する効果がある。また、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、且つ、重量低減を図ったクランク装置、乗り物等を得ることができるようになる。
【００２６】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランク装置に係り、上記固定歯車は、歯付きベルトで形成されたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項９記載の発明では、さらに別の噛み合い装置として、内転歯車の各歯の外周に、例えば、Ｖ字状のプーリ溝を削り、固定歯車側には、内転歯車の各歯に噛み合う歯を有してプーリ溝に噛み合うように、歯付きベルトを設げ、この歯付きベルトに、内転歯車が噛み合うので、振動を抑制した噛み合い装置(機構)を得ることができるようになる。また、内転歯車側に歯付きベルトを固定的に設けた場合にも、同じように振動を抑制した噛み合い装置(機構)を得ることができるようになる。
【００２８】
また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のクランク装置を備えたことを特徴とする乗り物である。
【００２９】
この請求項１０の発明では、クランク装置を二輪車型自転車、三輪車型自転車、人力飛行機、水上用の人力による足こぎ式ボート等の乗り物にも応用できて有益である。
【００３０】
また、請求項１１記載の発明の１つは、乗り物用クランクペダル装置であって、乗り物本体に軸受け部を介して回転自在に設けられたクランク軸、このクランク軸両側に屈曲して伸びる各クランク腕、これらのクランク腕に回転自在に設けられて内転する一対の内転歯車、上記乗り物本体側に設けられ、上記各内転歯車を遊星歯車的に自転しながら転動(公転)せしめるように噛合させる一対の固定歯車、これらの固定歯車側に設けられた一対のガイド手段、これらのガイド手段に案内されて上死点と下死点との間を往復運動するように設けた駆動力を入力するための一対のペダル装置、これらベダル装置と上記各内転歯車との間に介装され、上記内転歯車が上死点またはその近傍にあるとき、上記ペダル装置に加えられた駆動力が、上記各内転歯車に回転モーメントが生じるように伝達されて上記各クランク腕を回転させる一対の駆動力伝達手段、および上記クランク軸に設けられ、上記駆動力を外部へ取り出す駆動力取り出し手段を具備したことを特徴とする。
【００３１】
この発明に係る乗り物用クランクペダル装置では、請求項１記載の発明に係るクランク装置を、例えば、二輪車型自転車や三輪車型自転車等の自転車、水上足こぎボート、人力飛行機等といった乗り物用のクランク装置に採用されたものであって、次のような作用を呈することとなる。すなわち、例えば、自転車の入力部材としてのペダル装置に駆動力である踏み込み力を作用させると、ペダル装置はガイド手段に案内されて移動(往復運動)する。このとき、ペダル装置に負荷された踏み込み力は駆動力伝達手段を介して、上下中心軸線から偏倚した位置において、内転歯車に伝えられ、これにより内転歯車に回転モーメントが生じる。
【００３２】
このため、内転歯車は、固定歯車に噛合しながらクランク軸心を中心にして遊星歯車的に転がり運動(公転)をし、かつ、自身もクランク腕を中心として自転する。内転歯章が固定歯車の内側を自転しながら公転することで、ペダル装置の直線運動または直線的運動が、クランク腕を回転させる回転運動に変換され、その回転運動による回転力は、クランク軸に設けられた、例えばスプロケット等で形成された駆動力取り出し手段からチェ一ンといった外部部材に取り出される(伝達される)。したがって、ペダル装置に加えられた下方向への踏み込み力は、内転歯車が上死点にあるときでも、内転歯車に回転モーメントが作用するようにしているため、上死点でペダル装置が思案することがなく、直ちに、且つ、円滑に回転運動に変換され、エネルギ変換効率に優れたクランク装置を得ることができるようになる。
【００３３】
なお、駆動力取り出し手段を、例えば、チェーンやベルトといった巻き掛けリンク機構のスプロケットやプーリィでなく、べベルギヤとドライブシャフトでなる歯車機構を使用したシャフト駆動方式でなるシステムにも応用できる。その場合には、巻き掛けリンク機構を使用していないため、遊びやたるみが発生しないので、ペダル装置に加えられた踏み込み力を無駄にすることなく効率よ<後輪に伝達することができ、ひいてはエネルギ伝達効率を一層向上できるようになる。
【００３４】
また、請求項１１記載の発明の別の１つの発明は、乗り物用クランクペダル装置に係り、上記各内転歯車と上記各固定歯車との歯数比を、上記内転歯車が上記固定歯車を転動して１周するときに１回転する関係をなすように形成されたことを特徴とする。
【００３５】
この発明では、更に、次のような作用を呈することとなる。すなわち、一方の内転歯車と、他方の内転歯車とは、側面から視た状態で、常時互いに固定歯車の中心点あるいはその近傍において外接する関係にレイアウトされている。このため、各内転歯車は固定歯車に対して一回転だけ自転すると、固定歯車の内側を一回転して公転することが可能となり、その結果、ペダル装置の上下中心軸線に沿った方向への往復運動を円滑に実現でき、これにより、ペダル装置に加えられる駆動力を、より効率的に回転運動に変換することが可能となるものである。
【００３６】
また、請求項１１記載の発明の別の１つの発明は、乗り物用クランクペダル装置に係り、上記各駆動力伝達手段が、上記各ペダル装置側に設けられた各接触部材と、これらの接触部材に接触され上記各内転歯車に設けられた各カム様接触部材とでなる、接触による駆動力伝達機構により形成したことを特徴とする。
【００３７】
この発明では、各内転歯車が上死点またはその近傍にあるときにペダル装置に駆動力が作用すると、接触部材は、ペダル装置がガイド手段に沿って運動する方向から偏倚(オフセット)した位置でカム様接触部材に接触して上から押圧することで、内転歯車に回転モーメントを生じさせる。これにより、一方側の内転歯車が上死点またはその近傍(他方側の内転歯車はその下死点またはその近傍にある)から、下死点またはその近傍(他方側の内転歯車は、その上死点またはその近傍)に向かって転動することができる。こうして、接触による駆動力伝達機構という簡単な構造によって、内転歯車に入力部材からの駆動力を伝達することができるようになる。
【００３８】
また、請求項１１記載の発明の別の１つの発明は、乗り物用クランクペダル装置に係り、上記各ガイド手段に案内されて上記上死点またはその近傍と、上記下死点または下死点近傍との間を往復運動する各ペダル装置は、上記各固定歯車の軸心またはその近傍を通る上下死点を通る軸線に沿って往復運動し、且つ、上記各内転歯車が、上記上死点またはその近傍にあるときに、上記接触による駆動力伝達機構の接触部材とカム様接触部材との接触部位を、上記上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されるようにしたことを特徴とする。
【００３９】
この発明では、ペダル部材は、ガイド手段に案内されて往復運動するとき、固定歯車の軸心またはその近傍を通る上下死点を通る軸線に沿って往復運動する。各内転歯車が上死点またはその近傍にあるときに接触部材とカム様接触部材との接触部位が上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されているため、ペダル装置側に加えられた駆動力は、接触部材により内転歯車側の、カム様接触部材が上方から押圧されることで、内転歯車に回転モーメントが働<。このため、内転歯車は上死点またはその近傍で思案することがなく、固定歯車に噛合しながら転動されていき、クランク軸が回転し、回転力が駆動力取り出し手段から出力され、入力部材の往復運動を効率よ<回転運動に変換することができるようになる。
【００４０】
また、請求項１１記載の発明の別の１つの発明は、乗り物用クランクペダル装置に係り、上記接触による駆動力伝達機構の各接触部材に、上方への移動量を規定する上方移動量規制手段を設けたことを特徴とする。
【００４１】
この発明では、ペダル装置はガイド手段に対して、接触による駆動力伝達機構により形成された駆動力伝達手段を介してリンクされてはいるものの、接触による駆動力伝達機構を形成するペダル装置側の接触部材と、内転歯車側のカム様接触部材とは互いに接触するだけであり、両者が相反する方向に離反することが可能な構成である。このため、ペダル装置がガイド手段に沿って往復運動をしている最中において、不意にペダル装置に衝撃力が作用したとしても、接触部材側に上方への移動量を規定する移動量規制手段が設けられているため、その上方移動量規制手段にカム様接触部材が係合することで、所定値以上に上方移動するのを阻止し、ペダル装置がガイド手段から離脱したりすることを防止することが可能となるものである。
【００４２】
また、請求項１１記載の発明の別の１つの発明は、乗り物用クランクペダル装置に係り、上記一方のペダル部材側と、他方のペダル部材側とを、索部材を介して連結し、上記一、他両方のペダル装置が上記索部材を介して連携して往復運動するようにしたことを特徴とする。
【００４３】
この発明では、一方のペダル装置側と他方のペダル装置側とが、例えば、チェーン、ワイヤ等の索部材を介して運結され、且つ、この索部材をスプリング等のばね部材により弛まないように緊張させておくことで、各ペダル装置が往復運動を行うときに、連携しながら運動するため、不意にいずれかのペダル装置に衝撃的な外力が作用するようなことがあっても、ペダル装置が余分な運動をするのを阻止することができるようになる。
【００４４】
また、請求項１１記載の発明の別の１つの発明は、乗り物用クランクペダル装置に係り、上記内転歯車は、スプロケット形態で形成され、上記固定歯車は、チェーン形態で形成されたことを特徴とする。
【００４５】
また、請求項１２記載の発明は、乗り物であって、上記請求項１１に記載した乗り物用クランクペダル装置を備えたことを特徴とする。
【００４６】
この請求項１２記載の発明では、クランクペダル装置を二輪車型自転車、三輪車型自転車、人力飛行機、水上用の人力による足こぎ式ボート等の乗リ物にも応用できて有益である。
【００４７】
次に、請求項１３記載の発明について説明する。この請求項１３記載の発明が、請求項１記載の発明と構成上異なる点は、請求項１記載の発明では、クランク腕、内転歯車、固定歯車、駆動力伝達手段、ガイド手段及び入力部材をクランク軸の両側に設けた構成にしたが、請求項１３記載の発明ではクランク軸の片側に設けた構成において異なるものであり、その他の構成は共通するものである。
【００４８】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１３項記載のクランク装置に係り、上記駆動力伝達手段は、上記各入力部材側に設けられた各接触部材と、これらの接触部材に接触され上記各内転歯車側に設けられた各カム様接触部材とでなる、接触による駆動力伝達機構により形成したことを特徴とする。
【００４９】
この請求項１４記載の発明では、各内転歯車が上死点またはその近傍にあるときに入力部材に駆動力が作用すると、接触部材がガイド手段に沿って運動する方向から偏倚(オフセット)した位置でカム様接触部材に接触して上から押圧することで、内転歯車に回転モーメントを生じさせる。これにより、一方側の内転歯車が上死点またはその近傍(他方側の内転歯車はその下死点またはその近傍にある)から、下死点またはその近傍(他方側の内転歯車は、その上死点またはその近傍)に向かって転動することができる。こうして、接触による駆動力伝達機構という簡単な構造によって、内転歯車に入力部材からの駆動力を伝達することができるようになる。
【００５０】
次に、請求項１５記載の発明について説明する。この請求項１４記載の発明が、請求項１１記載の発明と構成上異なる点は、請求項１１記載の発明では、クランク軸の両側にクランク腕、内転歯車、固定歯車、駆動力伝達手段、ガイド手段及び入力部材を設けた構成にしたが、請求項１４記載の発明ではクランク軸の片側に設けた構成において異なるものであり、その他の構成は共通するものである。
【００５１】
次に、請求項１６記載の発明について説明する。この請求項１６記載の発明では、各内転歯車が上死点またはその近傍にあるときに入力部材に駆動力が作用すると、接触部材がガイド手段に沿って運動する方向から偏倚(オフセット)した位置でカム様接触部材に接触して上から押圧することで、内転歯車に回転モーメントを生じさせる。これにより、一方側の内転歯車が上死点またはその近傍(他方側の内転歯車はその下死点またはその近傍にある)から、下死点またはその近傍(他方側の内転歯車は、その上死点またはその近傍)に向かって転動することができる。こうして、接触による駆動力伝達機構という簡単な構造によって、内転歯車に入力部材からの駆動力を伝達することができるようになる。
【発明の効果】
【００５２】
以上により、請求項１記載の発明によれば、内転歯車は、固定歯車に噛合しながらクランク軸心を中心にして遊星歯車的に転がり運動(公転運動)をし、かつ、内転歯車自身もクランク腕を中心として自転する。内転歯車は、自転しながら公転することで、入力部材の直線的なあるいは曲線的な往復運動が、クランク腕に回転円運動として変換される。このように、一対の入力部材を交互に直線的あるいは曲線的な往復運動を与えることにより、その回転運動による駆動力は、クランク軸に設けられた駆動力取り出し手段から外部に取り出される。このため、入力部材に加えられた駆動力は、内転歯車が上死点またはその近傍にあるときでも、内転歯車に作用する回転モーメントにより、上死点またはその近傍で内転歯車、すなわち入力部材が思案することなくガイド手段に沿って運動することができ、円滑、且つ、効率的に回転運動に変換され、エネルギ損失を抑制できるクランク装置を得ることができる効果を奏する。
【００５３】
また、駆動力取り出し手段を、例えば、スプロケットとそれに係合するチェーンや、プーリィとそれに係合するベルトといった巻き掛けリンク機構でなく、ベベルギヤとドライブシャフトでなるシャフト駆動方式によるシステムで形成することも可能であり、そうした場合には、巻き掛けリンク機構の遊びやたるみが発生しないので、ペダルに加えられた回転力を無駄にすることなく効率よく後輪に伝達することができ、ひいてはエネルギ伝達効率を向上できる効果も奏する。
【００５４】
また、請求項２記載の発明によれば、一方の内転歯車と、他方の内転歯車とは、側面から視た状態で、常時互いに固定歯車の中心点あるいはその近傍において外接する関係位置にくるようにレイアウトされている。このため、各内転歯車は固定歯車に対して一回転だけ自転すると、固定歯車の内側を一回転して公転することが可能となり、その結果、入力部材の上下中心軸線に沿った方向への往復運動を円滑に実現でき、これにより、入力部材に加えられる駆動力を、より効率的に回転運動に変換することが可能となる効果を奏する。
【００５５】
また、請求項３記載の発明によれば、各内転歯車が上死点またはその近傍にあるときに入力部材に駆動力が作用すると、その駆動力は駆動力伝達手段である、接触による駆動力伝達機構の接触部材が、例えばペダル装置がガイド手段に沿って運動する方向から偏倚(オフセット)した位置でカム様接触部材に接触して上から押圧することで、内転歯車に回転モーメントを生じさせる。これにより、一方側の内転歯車が上死点またはその近傍(他方側の内転歯車はその下死点またはその近傍にある)から、下死点またはその近傍(他方側の内転歯車は、その上死点またはその近傍)に向かって転動することができる。こうして、接触による駆動力伝達機構という簡単な構造によって、内転歯車に入力部材からの駆動力を伝達することができる効果を奏する。
【００５６】
また、請求項４記載の発明によれば、入力部材は、ガイド手段に案内されて往復運動するとき、固定歯車の軸心またはその近傍を通る上下死点を通る軸線に沿って往復運動する。したがって、各内転歯車が上死点またはその近傍にあるときに接触部材とカム様接触部材との接触部位が上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されているため、入力部材側に加えられた駆動力は、接触部材により内転歯車側の、カム様接触部材が上方から押圧されることで、内転歯車に回転モーメントが働く。このため、内転歯車は固定歯車に噛合しながら転動されていき、クランク軸が回転し、回転力が駆動力取り出し手段から出力され、入力部材の往復運動を効率よく回転運動に変換することができる効果を奏する。
【００５７】
また、請求項５記載の発明によれば、入力部材はガイド手段に対して、接触による駆動力伝達機構により形成された駆動力伝達手段を介してリンクされてはいるものの、接触による駆動力伝達機構を形成する入力部材側の接触部材と、内転歯車側のカム様接触部材とは互いに接触するだけであり、両者が相反する方向に離反することが可能な構成である。このため、入力部材がガイド手段に沿って往復運動をしている最中において、不意に入力部材に衝撃力が作用したとしても、接触部材側に上方への移動量を規定する移動量規制手段が設けられているため、その上方移動量規制手段にカム様接触部材が係合することで、所定値以上に上方移動するのを阻止し、入力部材がガイド手段から離脱したりすることを防止できる効果を奏する。
【００５８】
また、請求項６記載の発明によれば、一方の入力部材側と他方の入力部材側とが、例えば、チェーン、ワイヤ等の索部材を介して連結されており、且つ、この索部材をスプリング等のばね部材により弛まないように緊張させておくことで、各入力部材が往復運動を行うときに、互いに連携しながら運動するため、不意にいずれかの入力部材に衝撃的な外力が作用するようなことがあっても、入力部材が余分な運動をするのを阻止することができる効果を奏する。
【００５９】
また、請求項７記載の発明によれば、固定歯車と内転歯車との噛み合い装置として、固定歯車６０は、例えば、一対のリング板状基部の間に、複数のピン部材を間隔をあけて配置して設けたりする実質的にチェーン機能を有する形態に形成する。この固定歯車の内側を噛み合って回る内転歯車を、スプロケットの形態に形成しているので、チェーンとスプロケットとの噛み合いにより噛み合い装置が構成されることとなり、ペダルの踏み込み力を円滑に伝達することが可能となる。そして、この場合、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、走行中に砂利等がチェーン・スプロケットの噛み合い部に噛み込むのを防止する効果がある。また、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、且つ、重量低減を図ったクランク装置、乗り物等を得ることができる効果を奏する。
【００６０】
また、請求項８記載の発明によれば、固定歯車としては、スプロケット歯を有するスプロケット形態の固定歯車に形成し、この固定歯車の内側を回る内転歯車として、スプロケット歯に噛み合うピン状の歯を間隔をあけて設けたチェーン形態の内転歯車に形成しているので、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、走行中に砂利等がチェーン・スプロケットの噛み合い部に噛み込むのを防止する効果があり、内転歯車あるいは固定歯軍をコスト安価に形成できて重量低減を図ったクランク装置を得ることができる効果を奏する。
【００６１】
また、請求項９記載の発明によれば、内転歯車の各歯の外周に、例えば、Ｖ字状のプーリ溝を削り、固定歯車側には、内転歯車の各歯に噛み合う歯を有してプーリ溝に噛み合うように、歯付きベルトを設け、この歯付きベルトに、内転歯車が噛み合うので、上記請求項７，８の発明と同様な効果の他に、振動を抑制した噛み合い装置(機構)を得ることができる効果を奏する。
【００６２】
また、請求項１０記載の発明によれば、クランク装置を二輪車型自転車、三輪車型自転車、人力飛行機、水上用の人力による足こぎ式ボート等の乗り物にも応用できて有益となる効果を奏する。
【００６３】
また、請求項１１記載の発明に係る乗り物用クランクペダル装置によれば、二輪車型自転車や三輪車型自転車等の自転車、水上足こぎボート、人力飛行機等といった乗り物用のクランク装置に採用されたものであって、入力部材としてのペダル装置に駆動力である踏み込み力を作用させると、ペダル装置はガイド手段に案内されて移動(往復運動)する。このとき、各内転歯車が上死点またはその近傍にあるときにペダル装置に負荷された踏み込み力は駆動力伝達手段を介して、上下中心軸線から偏倚した位置において、内転歯車に伝えられ、これにより内転歯車に回転モーメントが生じる。
【００６４】
このため、内転歯車は、固定歯車に噛合しながらクランク軸心を中心にして遊星歯車的に転がり運動(公転)をし、かつ、自身もクランク腕を中心として自転する。内転歯車が固定歯車の内側を自転しながら公転することで、ペダル装置の運動が、クランク腕を回転させる回転運動に変換され、その回転運動による回転力は、クランク軸に設けられた、例えばスプロケット等で形成された駆動力取り出し手段からチェーンといった外部部材に取り出される(伝達される)。したがって、ペダル装置に加えられた下方向への踏み込み力は、内転歯車が上死点にあるときでも、内転歯車に回転モーメントが作用するようにしているため、上死点でペダル装置が思案することがなく、直ちに、且つ、円滑に回転運動に変換され、エネルギ変換効率に優れたクランク装置を得ることができる効果を奏する。
【００６５】
また、請求項１１記載の発明によれば、上記請求項８記載のものに加えて、更に、次のような効果を奏する。すなわち、一方の内転歯車と、他方の内転歯車とは、側面から視た状態で、常時互いに固定歯車の中心点あるいはその近傍において外接する関係にレイアウトされている。このため、各内転歯車は固定歯車に対して一回転だけ自転すると、固定歯車の内側を一回転して公転することが可能となり、その結果、ペダル装置の上下中心軸線に沿った方向への往復運動を円滑に実現でき、これにより、ペダル装置に加えられる駆動力を、より効率的に回転運動に変換することが可能となる効果を奏する。
【００６６】
また、請求項１１記載の発明によれば、接触による駆動力伝達機構という簡単な構造を採用することによって、内転歯車に入力部材からの駆動力を伝達することができる効果を奏する。
【００６７】
また、請求項１１記載の発明によれば、各内転歯車が上死点またはその近傍にあるときに接触部材とカム様接触部材との接触部位が上下死点を通る軸線から偏倚した位置に設定されているため、ペダル装置側に加えられた駆動力は、接触部材により内転歯車側にあるカム様接触部材が上方から押圧されることで、内転歯車に回転モーメントが働く。このため、内転歯車は上死点またはその近傍で思案することなく、固定歯車に噛合しながら転動されていき、クランク軸が回転し、回転力が駆動力取り出し手段から出力され、入力部材の往復運動を効率よく回転運動に変換することができる効果を奏する。
【００６８】
また、請求項１１記載の発明によれば、ペダル装置がガイド手段に沿って往復運動をしている最中において、不意にペダル装置に衝撃力が作用したとしても、接触部材側に上方への移動量を規定する移動量規制手段が設けられているため、その上方移動量規制手段にカム様接触部材が係合することで、所定値以上に上方移動するのを阻止し、ペダル装置がガイド手段から離脱したりすることを防止することが可能となる効果を奏する。
【００６９】
また、請求項１１記載の発明によれば、一方のペダル装置側と他方のペダル装置側とが、例えば、チェーン、ワイヤ等の索部材を介して連結され、且つ、この索部材をスプリング等のばね部材により弛まないように緊張させておくことで、各ペダル装置が往復運動を行うときに、連携しながら運動するため、不意にいずれかのペダル装置に衝撃的な外力が作用するようなことがあっても、ペダル装置が余分な運動をするのを阻止することができる効果を奏する。
【００７０】
この請求項１１記載の発明によれば、チェーンとスプロケットとの噛み合いにより噛み合い装置が構成されることとなり、自転車等の乗り物のぺダルの踏み込み力を円滑に伝達することが可能となる。そして、この場合、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、自転車等の乗り物の走行中に砂利等がチェーン・スプロケットの噛み合い部に噛み込むのを防止する効果がある。また、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、且つ、重量低減を図った乗り物用クランクペダル装置を得ることができる効果を奏する。
【００７１】
また、請求項１１記載の発明によれば、固定歯車としては、スプロケット歯を有するスプロケット形態の固定歯車に形成し、この固定歯車の内側を回る内転歯車として、スプロケット歯に噛み合うピン状の歯を間隔をあけて設けたチェーン形態の内転歯車に形成しているので、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、自転車等の乗り物の走行中に砂利等がチェーン・スプロケットの噛み合い部に噛み込むのを防止するだけでなく、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、重量低減を図った乗り物用クランクペダル装置を得ることができる効果を奏する。
【００７２】
また、請求項１１記載の発明によれば、別の噛み合い装置として、内転歯車の各歯の外周に、例えば、Ｖ字状のプーリ溝を削り、固定歯車側には、内転歯車の各歯に噛み合う歯を有してプーリ溝に噛み合うように、歯付きベルトを設け、この歯付きベルトに、内転歯車が噛み合うので、振動を抑制した噛み合い装置(機構)を得ることができる効果を奏する。
【００７３】
また、請求項１２記載の発明によれば、乗り物用クランクペダル装置を、二輪車型自転車、三輪車型自転車、人力飛行機、水上用の人力による足こぎ式ボート等の乗り物にも応用した場合には、エネルギ伝達効率に優れた乗り物を得ることができる効果を奏する。
【００７４】
請求項１３記載の発明によれば、内転歯車は、固定歯車に噛合しながらクランク軸心を中心にして遊星歯車的に転がり運動(公転運動)をし、かつ、内転歯車自身もクランク腕を中心として自転する。内転歯車は、自転しながら公転することで、入カ部材の直線的なあるいは曲線的な往復運動が、クランク腕に回転円運動として変換される。このように、入力部材を交互に直線的あるいは曲線的な往復運動を与えることにより、その回転運動による駆動力は、クランク軸に設けられた駆動力取り出し手段から外部に取り出される。このため、入力部材に加えられた駆動力は、内転歯車が上死点またはその近傍にあるときでも、内転歯車に作用する回転モーメンにより、上死点またはその近傍で内転歯車、すなわち入力部材が思案することなくガイド手段に沿って運動することができ、円滑、且つ、効率的に回転運動に変換され、エネルギ損失を抑制できるクランク装置を得ることができる効果を奏する。
【００７５】
また、請求項１４記載の発明によれば、これを、例えば、通常の自転車や車椅子に装着したいわゆるハンドサイクルに適用した場合には、次のような作用を呈することとなる。
【００７６】
すなわち、ハンドル型ペダルまたはハンドルから離れた場所に設置した手動ペダルを動かすことにより、内転歯車は、固定歯車に噛合しながらクランク軸心を中心にして遊星歯車的に転がり運動(公転運動)をし、かつ、内転歯車自身もクランク腕を中心として自転する。内転歯車は、自転しながら公転することで、入力部材の直線的なあるいは曲線的な往復運動が、クランク腕に回転円運動として変換される。このように、入力部材を交互に直線的あるいは曲線的な往復運動を与えることにより、その回転運動による駆動力は、クランク軸に設けられた駆動力取り出し手段から外部に取り出される。このため、入力部材に加えられた駆動力は、内転歯車が上死点またはその近傍にあるときでも、内転歯車に作用する回転モーメンにより、上死点またはその近傍で内転歯車、すなわち入力部材が思案することなくガイド手段に沿って運動することができ、円滑、且つ、効率的に回転運動に変換され、脚力に乏しい身障者や高齢者等でも、自身の手の力でハンドル型ペダルを動かすだけの簡単な操作を行うことで、回転力取り出し手段が駆動し、ハンド型自転車を容易に走行でき、リハビリテーション効果も向上できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
本発明の実施の形態を、図１乃至図３に基づいて詳述する。なお、以下の説明においては、クランク装置を、乗り物としての自転車に適用した場合を例に挙げて説明していく。また、クランク装置を構成する部材、部品等は自転車本体(フレーム)に関して左右両側に一対づつ設けられ、且つ、それらの形状、構成等は同じであるので、便宜上、左側に存する部材、部品等は符合にL(Left)を、右側のそれらについてはR(Right)をそれぞれ付すこととする。
【００７８】
クランク装置は、図１に示すように、自転車本休(フレーム)1の軸受け部2にクランク軸3が回転自在に支持されていて、このクランク軸3のフレーム1を跨いだ左右両側には、同一面内において互いに反対方向に屈曲して伸びるクランク腕4L、4Rがあり、これらのクランク腕4L、4Rに外歯を有する平歯車である内転歯車5L、5Rがそれぞれ回転自在に設けられている(図4参照)。また、自転車本体1の前後方向に沿う長手軸線に対する左右両側には、内歯歯車を形成する固定歯車6L、6Rが設けられ、これに内転歯車5L、5Rが遊星歯車的に転動(公転し、且つ、自転)するように噛合する状態で設けられている。
【００７９】
また、内転歯車5L、5Rと固定歯車6L、6Rとの歯数比は1対2であり、内転歯車5L、5Rが固定歯車6L、6Rを転動しながら1周(公転)するときに1回転(自転)し終えるように設定されている。
【００８０】
固定歯車6L、6R側の外側面には、ガイド手段10L、10Rが上下方向に配置されている。ガイド手段10L、10Rは、スライダ11Lbが一定の軌道を動くように制御できる部材であれば良く、その材質や形状が限定されるものではない。本発明の実施の態様では、このガイド手段10L、10Rは、例えば、2本の4角形状断面を有するガイド棒10La、10Lb、10Ra、10Rbでなり、各ガイド棒10La、10Lb、10Ra、10Rbを上下方向に並行配置して後述のペダル装置11L、11Rを上下に案内しながら往復運動させるものである。
【００８１】
ペダル装置11L、11Rは、ペダル11La、11Raと、このペダル11La、11Raを回転自在に支持すると共に、上記ガイド棒10La、10Lb、10Ra、10Rbの間を移動するように形成されたスライダ11Lb、11Rbとを有し、このスライダ11Lb、11Rbがガイド棒10La、10Lb、10Ra、10Rbの間に挟まった状態で、固定歯車6L、6Rの軸心P1またはその近傍を通る上下中心軸線L(上下中心軸線Lは、内転歯車5L、5Rの軸心P2も通る状態にある)に沿って上下方向に滑動ないし摺動するようになっている（図2参照）。
【００８２】
次に、駆動力伝達手段を説明する。なお、左右に設けられる駆動力伝達手段の構造は同じであるため、便宜上、図2、図3に示すように、左側に配置された駆動伝達手段12Lについて説明していくことにする。すなわち、駆動力伝達手段12Lは、ペダル装置11Lと内転歯車5Lとの間に介装され、ペダル装置11Lのスライダ11Lb先端に取り付けられた接触部材12Laと、内転歯車5Lの外周縁近傍に取り付けられた板状のカム様接触部材12Lbとからなる、接触による駆動力伝達機構で形成されている。
【００８３】
本実施の形態では、接触部材12Laは、スライダ11Lb先端に固定されているが、スライダ11Lbに対して相対運動しても良い。要は、入力時において接触部材12Laがカム様接触部材12Lbと接触するようになっていれば良い。
【００８４】
本実施の形態では、上死点またはその近傍に内転歯車が位置する場合、カム様接触部材12Lbの上端面が接触面をなし、これに接触部材12Laの下面が接触するようになっている。内転歯車5Lが、上死点またはその近傍にあるときには、上下中心軸線Lから偏倚した位置Qで接触する。こうして、ペダル装置11Lが上死点またはその近傍にあるとき、位置Qに作用する接触部材12Laからの駆動力Fにより、内転歯車5Lに回転モーメントを与えることで駆動力が伝達される。したがって、内転歯車5Lは、図2に示す矢印B方向に転動され、ペダル11Laは思案することなくガイド手段10Lに案内されながら下方に移動することができるようになっている。
【００８５】
そして、この駆動力伝達手段12Lは、左側にあるペダル装置11Lが上死点またはその近傍から下死点またはその近傍に至る下降行程にあるときには、接触部材12Laはカム様接触部材12Lbに対して上方から押さえつけるように接触する。そして、内転歯車に回転力が付与され、内転歯車5Lが下死点の方向へ転動していき、下死点またはその近傍を通過して上死点またはその近傍へ戻る上昇行程にさしかかるときには、内転歯車5Lのカム様接触部材12Lbは接触部材12Laの下側に回り込むようになる。このとき、反対側にあって、上死点またはその近傍にあるペダル装置11Rに駆動力が加わって下降運動が始まると、一方側にある内転歯車5Lの転動により、カム様接触部材12Lbが接触部材12Laを下から突き上げられ、ペダル装置11Lがガイド手段10Lに沿って上昇移動を行うようになっている(図5参照)。
【００８６】
次に、駆動力取り出し手段13を説明する。すなわち、クランク装置における駆動力取り出し手段13は、軸受け部2近傍のクランク軸3に、このクランク軸3と一体的に回転する原動スプロケット13aを設けることで形成される。もっとも、クランク装置を自転車本体であるフレーム1に取り付けた場合には、この駆動力取り出し手段13は、原動スプロケット13aと、例えば後輪(図示しない)と同軸に取り付けた後輪側の従動スプロケット13bと、原動スプロケット13aおよび従動スプロケット13bとの間に巻き掛けて装着したチェーン13cとで形成され、ペダル装置11L、11Rを左右交互にこぐことにより、ペダル装置11L、11Rに加えられた駆動力(踏み込み力)を駆動力取り出し手段13である原動スプロケット13aから取り出すことができる。
【００８７】
なお、図1においては装置全体の構成を把握し易いようにするため、原動スプロケット13aをL側に配置して図示する。
【００８８】
次に、上記クランク装置の構造を、図4、図5、図6に基づいてより具体的に説明する。なお、動力取り出し手段13としての原動スプロケット13aや、入力部材としてのペダル装置11の図示は省略している。
【００８９】
すなわち、自転車のフレーム1には、略正方形状のべースプレート1aが固定的に取り付けら、その中心部に穿たれた孔に、軸受け部2としてのジャーナル2aが溶接により水平に固定される。このジャーナル2aに、段差付きのクランク軸3(出力軸)が回転自在に挿通されていて、そのクランク軸3の左側には、左クランク腕4Lがねじ20により固定され、右側には、右クランク腕4Rが溶接により溶着されている。なお、左クランク腕4Lは、ねじ20で締結する代わりに溶接により溶着するようにしてもよい。また、これら溶接による溶着に代わって、ボンド等の接着剤を用いて結含するようにしてもよい。
【００９０】
また、これらの左右両クランク腕4L、4Rは、同一面内において互いに反対方向に屈曲して伸びている。すなわち、クランク軸3に関して互いに反対方向に伸びた状態で、クランク軸3と一体に回転するようになっている。
【００９１】
左右の両クランク腕4L、4Rには、軸部材5Lc、5Rcが水平方向に指向して固定されており、これらにスペースワッシャ5Ld、5Rdを介して平歯車として形成された左側の内転歯車5Lおよび右側の内転歯車5Rが回転自在に支持された状態で取り付けられる。
【００９２】
また、べースプレート1aの左右両側には、べースプレート1aと同じ面方向に指向して配置され、外形がリング形状を有する平歯の内歯を有する内歯歯車としての左側の固定歯車6Lおよび右側の固定歯車6Rが、各4本のスペーサ21aおよび21bに挿通された通しボルト21cを介して固定されている(図4参照)。これら各スペーサ21a、21bおよびボルト21cは、フレーム1の一構成部材として機能している。これら左右の固定歯車6L、6Rには、左右の内転歯車5L、5Rが、それぞれ内接して噛合するように組み込まれる。この場合、内転歯車5L、5Rと固定歯車6L、6Rとの歯数比は、内転歯車5L、5Rが固定歯車6L、6Rを転動しながら1周するときに1回転するように、1対2となるような歯数関係に設定されている。
【００９３】
また、左右の両内転歯車5L、5Rの外側には、駆動力伝達手段12L、12Rのカム様接触部材12Lb等が、例えば図示されないねじ等の締結具等により取り付けられる。もっとも、このカム様接触部材12Lbは、内転歯車に対して別体の部品として形成する代わりに、内転歯車と一体成型される鍛造品あるいは板金プレス成形品等で形成することも可能である。
【００９４】
他方、左右の両固定歯車6L、6Rの外側には、上下方向に指向し、且つ、上下中心軸線L(図2参照)に沿うようにガイド手段10L、10Rが設けられる。ペダル装置11L、11Rのスライダ11Lb、11Rbは、上下中心軸線Lに沿って上下に直線移動または直線的移動できるようにガイド棒10La、10Lb、10Ra、10Rbの間にセットされる。これにより、スライダ11Lb、11Rbに取り付けられた接触部材12La、12Raが、内転歯車5L、5Rに設けられたカム様接触部材12Lb、12Rbに接触可能に取り付けられ、駆動力伝達手段12L、12Rすなわち接触による駆動力伝達機構が形成されることとなる。そして、接触による駆動力伝達機構の接触部材とカム様接触部材との接触する部位は、内転歯車5L、5Rが固定歯車6L、6Rに対して上死点またはその近傍にあるときに、上下中心軸線L(図2参照)から偏倚した位置に設定される。
【００９５】
したがって、ペダル11Laまたは11Raに対して、上から下に向かって足の踏み込み力(駆動力)を作用させると、左方の内転歯車5Lまたは右方の内転歯車5Rに、接触部材12Laまたは12Raを介してカム様接触部材12Lbまたは12Rbに力が伝達され、内転歯車5Lまたは内転歯車5Rが、回転モーメントを受けて、図2に示す矢印B方向に転動し、自転車の前進走行を可能とする。
【００９６】
また、べースプレート1aと右側の固定歯車6Rとの間の出力軸3aには、回転力を取り出すための原動スプロケット13aが出力軸3と一体回転可能になるように設けられ、チェーン13c(図1参照)を巻き掛けして後輪側の従動スプロケット13bに結合されることとなる。
【００９７】
こうして、本実施の形態におけるクランク装置は、図6の組み立て分解斜視図に示すように、上記した各構成要素を組み立ててい<ことにより製作される。なお、図6において、符号23L、23Rは軸部材5Lc、5Rcの軸端に圧入されて各内転歯車5L、5Rを軸部材5Lc、5Rcに取り付けるためのプッシュナットを示す。
【００９８】
次に、本実施の形態に係るクランク装置を備えた自転車のクランクペダル装置の作用を、主として図7を参照しながら説明する。図7は、駆動力伝達手段の接触部材と、カム様接触部材との相対位置の変化が、内転歯車の転動に与える影響を説明する作用説明図である。図7において、外の実線は固定歯車で、中の実線で示す内転歯車は、左方にある内転歯車5L、点線の内転歯車は右方にある内転歯車5Rを示すものとする。また、最初、左方の内転歯車5Lが上死点またはその近傍に位置するものとする。当然、反対側に位置する右方の内転歯車5Rは、下死点またはその近傍に位置することとなる(図7に示す状態0°)。
【００９９】
この状態において、自転車のペダル11La、11Raに足を載せてペダルをこぐ場合、まず、上死点またはその付近にある左方のペダル11Lを踏み込む。すると、ペダル11Lに設けられたスライダ11Lbが、ガイド棒10La、10Lbの間を下方に案内されて移動しようとする。このとき、図5に示すように、ペダル11Laに加えられた駆動力Fは、接触部材12Laから接触するカム様接触部材12Lbに伝達される。カム様接触部材12Lbに伝達された駆動力Fは、左内転歯車5Lに伝わり、ペダル11Laは、下死点またはその近傍になるまで、ガイド手段10に沿って移動していく。これによって、内転歯章5Lは、矢印C方向(時計方向)に自転し、且つ、反時計方向に公転していく。これにより、クランク軸3には、内転歯車5Lの公転による回転トルクが生じ、動力取り出し手段13である原動スプロケット13aを介してチェーン13cが矢印A方向に駆動し、自転車を前進走行できるようになる。
【０１００】
他方、反対側にある右側の内転歯車5Rは、下死点またはその近傍にあって、点線で示したような軌跡を画きながら固定歯車6Rに噛合しながら転動していく。すなわち、内転歯車5Rのカム様接触部材12Rbは、接触部材12Raの下側から接触しており、内転歯車5Rの転動に応じて撰触部材12Raを上方へ持ち上げる力が作用し続ける。これにより、右側のペダル装置11R(図1、図2参照)は、右側の固定歯車6Rに取り付けたガイド手段10Rに沿って上方へ移動してい<。
【０１０１】
ところで、左側のペダル装置11Lが下死点またはその近傍までスライドしてくると(図7に示す180°付近)、踏み込む力が作用しなくなり、反対に、上死点またはその近傍に位置している右側のペダル装置11Rに駆動力、つまり踏み込み力が負荷されることとなる。このとき、下死点を通過した左側のペダル装置11Lに設けられたカム様接触部材12Lbは、接触部材12Laの下側に位置し、接触部材12Laに下側から突き上げる方向に接触し、この接触部材とカム様接触部材との接触を維持しながら、左側のペダル装置11Lはガイド手段10Lに沿って上死点またはその近傍位置にまで移動していく。このように、ペダル装置を踏み込む動作を繰り返していくことで、自転車を走行することができる。
【０１０２】
こうして、図7に示すように、各内転歯車5L、5Rが固定歯車6L、6Rに対してどのような転動位置にあっても、常に少なくともいずれか一方の接触部材12La、12Raが、カム様接触部材12Lb、12Rbに接触するため、左右のペダル11L、11Rを交互に踏み込んでこいでいくことで、左右の各内転歯車5L、5Rが左右の各固定歯車6L、6Rに噛合しながら転動していき、クランク軸3が回転運動し、その回転駆動力を原動スプロケット13aからチェーン13cを介して従動スブロケット13bに伝達され、後輪を駆動して前進走行させることができるようになる。
【０１０３】
上記したごとく、本実施の形態によれば、自転車のペダルをこぐとき、ペダル装置11L、11Rに設けられた接触部材12La、12Raが、カム様接触部材12Lb、12Rbに接触すると共に、内転歯車5L、5Rの上死点またはその近傍における接触部材とカム様接触部材との接触部位が、上下中心軸線L(図2参照)に対して同方向に偏倚した位置に存するように設定されているため、思案点すなわち死点がないので、上死点またはその近傍でペダル装置11L、11Rが思案することはなく、自転車を継統して前進走行させることができる。
【０１０４】
このため、従来のようにペダルをこぐとき、ペダルに体重を左右に移動してこいでいたために生じていた自転車のふらつきを少なくできるため、自転車の駆動力ロスを効果的に低減することができ、且つ、上記従来装置と異なり童量を軽減でき、設置スペースに有利なコンパクトサイズのクランク装置が得られる。
【０１０５】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明の範囲に含まれるものである。
【０１０６】
すなわち、上記実施の形態に係るクランク装置は、自転車(三輪型自転車を含む)に適用した場合について説明したが、この代わりに水上をペダルクランク装置で踏み込んでこぐ乗り物や、人力飛行機のペダルクランク装置等の乗り物、上記クランク装置を用いた乗り物用クランクペダル装置として、さらにはこの乗り物用クランクペダル装置や、乗り物用クランクペダル装置を用いた乗り物にも適宜応用できるのは勿論である。
【０１０７】
また、上記実施の形態では、ガイド手段10L、10Rを上下方向に直線形状を有する態様について脱明したが、この代わりに、例えば、図2の二点鎖線で示すように、ガイド手段110を、湾曲して形成したり、くの字状に屈曲して形成したり、あるいは蛇行するような形状に形成したり、さらには、これらの形状を適宜に組み合わせて形成した形状を有する態様を採用するものであってもよい。これによって、乗り物をこぐ人の体型、走行条件等に応じた形状を有するガイド手段を選択して、取り付けるようにすることも可能であり、さらには種々の形状を備えたガイド手段を適宜着脱自在に取り付けられるようにした態様とすることもできる。
【０１０８】
また、ペダルを前踏み方式等で行う乗り物用クランクペダル装置等の場合には、ガイド手段10L、10Rを上下方向でな<、前方より後方に向かうにつれて上方に傾斜するように配置する構造にすることも可能である。
【０１０９】
また、ガイド手段10L、10Rに案内されるスライダ11Lb(および11Rb)は、固定歯車の軸心P1と上死点または下死点位置での内転歯車の軸心P2とを通過する上下中心軸線Lに沿って往復運動するように設けたが、この代わりに、上下中心軸線L近傍の偏倚した位置を往復運動するように構成してもよいものである。
【０１１０】
また、上記実施の形態では、固定歯車として平歯を刻んで形成した園定歯車6L、6Rを使用した場合について説明したが、この代わりに図8、図9に示すような固定歯車60と、内転歯車50との組み合わせによる噛み合い装置の態様とすることも可能である。なお、この噛み合い装置は、上記実施の形態と同様に、自転車等の乗り物フレームに対して左右にそれぞれ設けられるが、以下では便宜上、いずれか一方側にある噛み合い装置を代表して説明していくこととする。
【０１１１】
すなわち、固定歯車60は、図8(a)に示すように、一対のリング板状基部60aをカバーとしてそれらの間に、複数のピン部材60bを間隔をあけて配置して設け、あるいは、図8(b)に示す固定歯車61のように、リング板状基部61aから片持ち梁状に突出させたピン部材61bを間隔をあけて配置して設けた、実質的にチェーン機能を有する形態に形成する。これら固定歯車60あるいは固定歯車61の内側を噛み合って回る内転歯車50を、図9に示すように、スプロケットの形態に形成したものでもよい。これにより、チェーン形態とスプロケット形態との噛み合いにより噛み合い装置が構成されることとなり、上記実施の形態と同様にペダルの踏み込み力を円滑に伝達することが可能となる。なお、この場合、固定歯車60に直接、チェーンを取り付けるようにしてもよいことは言うまでもない。
【０１１２】
又、スプロケットの形態は、円でなくても良く、例えば、楕円スプロケットを採用することができる。
【０１１３】
この変形例によれば、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、走行中に砂利等がチェーン形態・スプロケット形態の噛み合い部に噛み込むのを防止する効果がある。また、内転歯車あるいは固定歯車をコスト安価に形成でき、且つ、重量低減を図ったクランク装置、乗り物等を得ることができるようになる。
【０１１４】
また、上記噛み合い装置の別の態様として、図10に示すように、固定歯車としては、スプロケット歯62aを有するスプロケット形態の固定歯車62に形成し、この固定歯車62の内側を回る内転歯車として、上記スプロケット歯62aに噛み合うピン状の歯63aを間隔をあけて設けたチェーン形態の内転歯車63に形成する変形例とすることもできる。なお、この場合、内転歯車63にチェーンを直接に設ける態様にしてもよいのは勿論である。
【０１１５】
この変形例によれば、噛み合い装置を、チェーン・アンド・スプロケットの噛み合い形態で形成しているため、走行中に砂利等がチェーン形態・スプロケット形態の噛み合い部に噛み込むのを防止する効果がある。また、内転歯車あるいは固定歯軍をコスト安価に形成でき、且つ、重量低減を図ったクランク装置、乗り物等を得ることができるようになる。
【０１１６】
また、さらに別の噛み合い装置として、図11に示すような変形例にすることも可能である。すなわち、上記実施の形態では、内転歯車5L、5Rは固定歯車6L、6Rの内側を噛合しながら回転する態様に形成したが、この代わりに、図11のように内転歯車500の各歯500aの外周に、V字状のプーリ溝500bを削り、固定歯車側には、内転歯車500の各歯500aに噛み合う歯を有してプーリ溝500bに噛み合うように、歯付きベルト(図示しない)を設け、この歯付きベルトに、内転歯車500が噛み合うようにした態様でもよい。また、内転歯車に歯付きベルト形態を固定的に設け、固定歯車側の歯と噛み合うようにした態様でもよい。
【０１１７】
また、内転歯軍5L、5R、固定歯車6L、6Rは、平歯車で形成して噛合させたが、この代わりに、はすば歯車、かさ歯車等の歯車に形成して噛合させるようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、左側にある内転歯車5Lと、右側にある内転歯車5Rの歯数は、同じ歯数を有する場合について説明したが、勿論、左右の内転歯車の歯数を同じ歯数にする必要はなく、異なる歯数や直径にすることも可能である。
【０１１８】
また、上記実施の形態では、左右両クランク腕4L、4Rは、クランク軸3に関して互いに180°をなすように反対方向に伸びるように状態に形成されたが、180°でなくてもよく、若干くの字状に屈曲するように伸びるような状態に形成されていてもよいのは言うまでもない。
【０１１９】
また、接触部材として単なる棒状に形成しただけの接触部材12La、12Raであったが、図12(a)に示すように、カム様接触部材12Lb、12Rbを上下から囲む上方移動規定部40を形成した楕円形状の接触部材41や、図12(b)のように、上下移動規定部42を有する接触部材43を採用することも可能である。
【０１２０】
これらの変形例によれば、ペダル装置11L、11R(入力部材)はその自重または踏み込み力だけで上方からカム様接触部材に接触しているだけであるので、接触による駆動力伝達機構を形成する入力部材側の接触部材と、内転歯車側のカム様接触部材とは互いに接触から離反することが可能な構成である。ところが、上下移動規定部40、42を備えた接触部材41、43を採用することで、入力部材がガイド手段に沿って往復運動をしている途中において、不意に入力部材に衝撃力が作用し、ペダル装置を浮き上がらせるようなことがあっても、上方移動規定部40、42が、カム様接触部材12bの下側から係合する。このため、ペダル装置11L、11Rがガイド手段10L、10Rに沿って所定値以上に上方移動するのを阻止することができ、入力部材がガイド手段から外れたりすることを防止することができる。
【０１２１】
また、上記変形例のように、上下移動規定部40、42を設ける代わりに、あるいはこれを併用する態様で、図13に示すような構造にすることも可能である。すなわち、フレーム1側に歯車、ローラ、あるいは滑車等のガイド部材Gを取り付け、そのガイド部材Gを介して左方のペダル装置11Lと右方のペダル装置11Rとを、索部材(例えば、チェーン、ワイヤ、スプリング等)Wを用いて弛まないようにして連結すると共に、フレーム1に索部材Wを緊張させるテンショナーTを設けた構造を有する変形例にすることもできる。係る変形例によれば、左右のペダル装置11L、11Rは、素部材Wで連結されているので、ペダルが交互に踏み込まれる場合に、常に素部材Wにより連携して往復運動する。このため、左右のペダル装置が余分に上下運動するのを防止することができるものである。
【０１２２】
また、駆動力伝達手段12の接触部材12aに接触するカム様接触部材12bとして、上記実施の形態以外に、図14(a)、(b)に示すように、長楕円形状のカム様接触部材44や、図14(c)、(d)のように、小円と、楕円とでなるカム様接触部材45、さらには、図15(a)のように三角形状に形成したもの46、あるいは多角形状のもの(図示はしない)、同(b)のように配置した小円と楕円とからなるカム様接触部材47(図14(c)のものとは、楕円の傾斜が異なる)、図15(c)のように小円と大円とでなるカム様接触部材48、同(d)のように、3個の小円を配置した態様のカム様接触部材49等を内転歯車5に設けてもよいものである。
【０１２３】
また、カム様接触部材12Lb、12Rbに、ローラ等の転がり部材を設け、これに接触部材12La、12Raを接触させるようにすることも可能である。又、接触部材12La、12Raに、ローラ等の転がり部材を設け、これにカム様接触部材12Lb、12Rbを接触させるようにすることも可能である。これらによれば、接触抵抗を小さくでき、接触による駆動力伝達機構における摩耗を低減することが可能となる。
【０１２４】
また、本実施の形態では、駆動力伝達手段12L、12Rとして、接触部材とカム様接触部材(図7参照)からなる、接触による駆動力伝達機構で形成した場合について説明したが、これは接触部材に作用する重力の他に、踏み込み力といった駆動力の助けをかりてカム様接触部材12Lb、12Rbに接触させているのであるが、接触部材とカム様接触部材とが離反しないで確実に接触を維持させるために、例えば、コイルスプリングといったバネ手段、接触部材とカム様接触部材との間を自由に回転することができるようにして連結したリンク部材等を使用して不用意に接触部材がカム様接触部材から浮き上がって離脱するのを防止するようにしてもよいものである。
【０１２５】
また、接触部材とカム様接触部材とが常時追従するようにするために、いわゆる確動カムと類似の態様で構成するようにしてもよいのは勿論である。
【０１２６】
また、ガイド手段10の上方に、図1に示すようなストッパ部51を設けるようにしてもよい。これにより、ペダル装置11に不用意な上方への力が作用しても、スライダ11bが上死点近傍でこのストツパ部51に食い止められることにより、不用意に浮き上がって上昇するのを阻止し、ペダル装置がガイド手段10から離脱するのを防止するようにすることができる。
【０１２７】
また、上記実施の形態では、ガイド手段として、各側に2本のガイド棒10La、10Lb、10Ra、10Rbを並行配置した構成にしたが、これら各ガイド棒の横断面をコ字形状またはU字形状にし、その内部溝にガイドローラを転動するように配置するようにしてもよい。これにより、ペダル装置11L、11Rの上下動をより円滑で安定したものにすることが可能となる。
【０１２８】
また、ガイド手段10L、10Rを、1本のガイド棒で形成してもよい。この場合も横断面コ字形状またはU字形状に形成し、その内部にガイドロ一ラないしはスライダ部材が上下運動の軌跡から逸脱しないような態様で収容し、転動ないしは摺動するようにすることもできる。
【０１２９】
また、内転歯車5L、5Rと、国定歯車6L、6Rとの噛合状態が外部から見えないようにするため、内転歯車と固定歯車とを覆うようなカバーを取り付けてもよい。この場合、カバーに、ペダル装置11L、11Rの上下移動を許容するための、スリットを形成しておくとよい。なお、この場合に、このスリット自体が上記ガイド手段の機能を有するように形成することもできる。この変形例によれば、歯車5L、5R、6L、6Rの噛合部が汚れることを防止することができるようになる。
【０１３０】
また、上記実施の形態では、駆動力取り出し手段として原動スプロケット13aと従動スプロケット13bとの間にチェーン13cを巻き掛けしてなる巻き掛けリンク機構で形成した場合について説明したが、例えば、図16に示すように、シャフトドライブシステムで動力を伝達する構造にすることも可能である。すなわち、原動スプロケット13aの代わりに、クランク軸3にベベル歯車81を一体回転可能に取り付け、従動側の後輸スプロケット13cの代わりにベベル歯車82を設け、チェーン13cの代わりに両端にベベル歯車83、84を有するドライブ軸85を設けた構造にしたものである。これによリ、ベベル歯車81をドライブ軸85のベベル歯車83に、べベル歯車82にドライブ軸85のべベル歯車84にそれぞれ噛合するようにしているため、チェーン13cのように弛むことがな<、ペダル11を踏み込んでこぐ力を、効率的に回転運動に変換して従動側に伝達することができる効果を有する。
【０１３１】
また、上記実施形態では、クランク装置を、ペダルを足の踏み込み力でこぐ形態の通常タイプの自転車本体(フレーム)1に組み込んだ場合について説明したが、この代わりに、図17に示す変形例のように、車椅子部901にハンドサイクル部902を着脱自在に装着したり、あるいはハンドサイクル部902を固定的に取りつけたりすることにより形成されるタイプのハンドサイクル900のフレーム903に組み込み、手や腕の力で駆動させることも可能である。
【０１３２】
すなわち、本変形例では、クランク軸の左右両側のクランク腕を同じ位相角度の方向、つまり対称な配置構成となるような方向に伸ばし、その先端に上記実施形態のペダル10に相当するハンドル型ペダル905を取り付けた構成であり、それ以外の構成は上記実施形態と同じである。係る変形例において、ペダル機能を付与されたハンドル型ペダル905を左右の手で駆動すると、その駆動力は、内転歯車を回転させ、チェーン906等の回転力取り出し手段であるチェーン906を介して前輪907を駆動し、ハンドサイクル900を走行させることができる。
【０１３３】
このため、上記変形例によれば、車椅子部901の搭乗者自身が手でハンドル型ペダル905を駆動させるだけの簡単な操作で、容易にハンドサイクル900を走行操作することができ、上記実施形態と同様に、エネルギー損失を抑制した状態で走行させることができるのは勿論のこと、脚力の乏しい高齢者や身障者等でも容易にハンドサイクルを操作でき、ひいては筋肉訓練、体力向上に資する効果を有する。
【０１３４】
なお、上記変形例においては、ハンドル型ペダル905をハンドサイクル本体に対して左右対称に設けて、左右同時に駆動操作する場合であったが、いずれか片側にだけハンドル型ペダルを設けて駆動するようにした形態でも可能であるのは言うまでもない。
【０１３５】
なおまた、係るハンドサイクルは、上記変形例で適用した車椅子型のハンドサイクルだけでなく、通常の自転車型のハンドサイクルにも応用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】実施の形態における自転車のクランク装置の概要構成を模式的に示した外観斜視図である。
【図２】図1における矢印11-l1方向から視た上舳またはその近傍にある内転歯車とガイド手段との関係を示す外観側面図である。
【図３】上記実施の形態における駆動力伝達手段に係り、(ａ)はペダル装置の接触音嚇を示す外観斜視図、(ｂ)は内転歯車のカム様接触部材を示す外観斜視図、(ｃ)は上死点近傍におけるガイド手段と駆動力伝達手段との相対関係を示す組み立て外観斜視図である。
【図４】上記実施の形態の実施例に係り、自転車用のペダルクランク装置を断面図で示した正面図である。
【図５】図4の左側面から視たガイド手段の図示を省略した状態の左側面図である。
【図６】図4のペダルクランク装置における組み立て分解を説明する外観斜視図である。
【図７】駆動力伝達手段の接触部材と、カム様接触部材との相対位置の変化が、内転歯車の転動に与える影響を説明する作用説明図である。
【図８】上記実施の形態における変形例に係る固定歯車の外観斜視図である。
【図９】図8の固定歯車に、スプロケット形態の内転歯車が噛み合う状態を一部省略して示す正面図である。
【図１０】上記実施の形態の別の噛み合い状態を示す変形例における正面図である。
【図１１】上記実施の形態のさらに別の噛み合い状態を示す変形例における正面図である。
【図１２】接触部材の変形例に係り、(a)はその第1の変形例、(b)はその第2の変形例を示す側面図である。
【図１３】本実施の形態の変形例における側面図である。
【図１４】カム様接触部材の変形例に係り、(a)はその側面図、(b)は(a)の側面図、(c)はさらに別の変形例の側面図、(d)は(c)の側面図である。
【図１５】カム様接触部材のその他の変形例を示す側面図である。
【図１６】本実施の形態のさらに別の変形例を模式的に示した概略平面図である。
【図１７】本実施の形態のさらに別の変形例における概略外観斜視図である。
【符号の説明】
【０１３７】
1        固定部材(乗り物本体)
1a       べースプレート
2        軸受げ部
2a       ジャーナル
3        クランク軸(出力軸)
4L       左クランク腕(クランク腕)
4R       右クランク腕(クランク腕)
5L       左側の内転歯車(内転歯車)
5R       左側の内転歯車(内転歯車)
6L       左側の固定歯車(固定歯車)
6R       右側の固定歯車(固定歯車)
10L、10R        ガイド手段
10La、10Lb、10Ra、10Rb      ガイド棒
11L、11R        ペダル装置(入力部材)
11La、11Ra      ペダル
11Lb、11Rb      スライダ
12L、12R        駆動力伝達手段
12La、12Ra      接触部材
12Lb、12Rb      カム様接触部材
13a      原動スプロケット
13b      従動スプロケット
13c      チェーン
40、42          上方移動規定部
41、43          接触部材
44〜49          カム様接触部材
60、61、62      固定歯車
50、63          内転歯車
51        ストッパー部
81〜84          べベル歯車
85        ドライブ軸
110       ガイド手段
500       内転歯車
500b      V字状溝
900       ハンドサイクル
901       車椅子部
902       ハンドサイクル部
905       ハンドル型ペダル
906       チェーン
907       前輪
L         固定歯車の軸心P1と上死点時の内転歯車の軸心P2とを結ぶ上下中心軸線
P1        固定歯車の軸心
P2        内転歯車の軸心
W         素部材
【国際調査報告】
2005009832.tif 000020
2005009832.tif 000021
2005009832.tif 000022
2005009832.tif 000023