(57)【要約】【課題】  自転車エルゴメータでの運動は、心肺機能のトレーニングだけでなく、筋力強化もねらいとしている。しかし、従来のクランクでは日常生活での歩行や走行を模倣した動きができない。また、下肢の手術後のリハビリテーションによく自転車エルゴメータが用いられるが、従来のクランクでは股関節や膝関節が過度の屈曲を強いられ、可動域制限がみられる術後早期の利用には不向きである。同様に、疾病・傷害などによる可動域制限は、その程度によって日常生活における自転車の使用を困難とさせる。【解決手段】  従来の第１クランク２Ａに、自由に回転できる第２クランク２Ｂや第３クランク２Ｃを連結し、ペダル可動域を幅のある円軌道（７Ｃから７Ｄの範囲）とする。これにより、下肢３関節それぞれが独立に関節角度を決定でき、歩行や走行の「三角形に近い楕円軌道」７Ｆを描くことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
従来、１本の剛体であった自転車クランク２Ａに、自由に回転できる第２クランク２Ｂを連結することで、歩行や走行の動きを模倣できる２連結式自転車クランク。
【請求項２】
「請求項１」に加え、自由に回転できる第３クランク２Ｃまで連結した３連結式自転車クランク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車あるいはトレーニング機器である自転車エルゴメータにおいて、円運動に規定されるペダルの動きを歩行や走行の特徴である「三角形に近い楕円軌道」にする、自転車のクランクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自転車はボトムブラケット１とペダル３の間を１本の剛体クランク２Ａで直結する（図２）。そして、サドルとペダル３との距離から、下肢３関節（股・膝・足関節）の角度は連動して変化し、それぞれが独立に関節角度を決定できない。また、ペダルは完全な円軌道７Ａ（図４）を描く。
【０００３】
本発明では、下肢３関節それぞれが自由に関節角度を決定でき、ペダル３は歩行や走行の「三角形に近い楕円軌道」７Ｆ（図７）を描くことができる。同様な観点からの発明に、スプリント・トレーニング・マシン（特許文献２）と楕円サイクル型総合筋力トレーニングマシン（特許文献５）がある。これらは、ボトムブラケットの前後運動や、ペダルが決められた軌道を移動するものであり、自転車エルゴメータ本体の構造に関わる発明である。また、ペダルは楕円軌道に限られ可動域の自由度は極めて低い。
【０００４】
特許文献１、３、６については、クランクの構造に関わる発明であるが、ペダル上死点及び下死点付近でのペダル踏力の減少を抑えることを目的としており、また、特許文献４については、大きな踏力が必要な状況に応じてクランク長が伸長しトルクを増大するものであり、歩行や走行に近い下肢の運動を実現するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１５６３５６
【特許文献２】特開平９−１５４９８９
【特許文献３】特開２００２−２４０７７０
【特許文献４】特開２００３−３１２５８１
【特許文献５】特開２００６−３４０７４７
【特許文献６】特表２００９−５０９８４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ヒトの下肢は大腿部、下腿部、足部の３分節で構成されており、歩行や走行では下肢３関節（股・膝・足関節）それぞれが独立に関節角度を決定でき、足部は三角形に近い楕円軌道を描く。しかし、自転車様式の運動においては、下肢３関節の角度は連動して変化し、それぞれが独立に関節角度を決定できない。また、ペダルは完全な円軌道を描く。このことは、次のような課題を包含している。
（イ）、自転車エルゴメータでの運動は、有酸素運動による心肺機能のトレーニングだけでなく、日常生活での歩行・走行などに対する筋力強化もねらいとしている。しかし、従来のクランクでは歩行や走行を模倣した動きができない。
（ロ）、下肢関節の整形外科的手術では、術後に関節可動域制限がみられることが多い。しかし、リハビリテーションに用いられる従来の自転車エルゴメータのクランクでは、上死点付近において股関節や膝関節は過度の屈曲を強いられ、術後早期のリハビリテーションには不向きである。
（ハ）、同様に、疾病・傷害などによる下肢関節可動域制限は、その程度によって日常生活における自転車運動を困難とさせる。
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図２に示した従来の第１クランク２Ａのペダル軸受け穴５に、図１のように自由に回転できる第２クランク２Ｂさらには第３クランク２Ｃを連結させることで、ペダルの可動域を線としての円軌道７Ａ（図４）から、一定の幅のある面としての円軌道（図５の７Ｃから７Ｄの範囲）とする。
【０００８】
ペダル３は、この面内での移動が可能となるため、下肢３関節それぞれが独立に関節角度を決定でき、歩行や走行の「三角形に近い楕円軌道」７Ｆ（図７）を描くことができる。
【０００９】
連結式クランクは、第２クランク２Ｂまでで上記運動を可能とするが、ヒトの下肢が大腿部、下腿部、足部の３分節で構成されていることと、歩行や走行で非加重となる後水平位から前水平位までの局面をより滑らかに移動するためには、第３クランク２Ｃまで連結した構造が望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明により、下肢３関節それぞれが独立に関節角度を決定でき、ペダルは歩行や走行の「三角形に近い楕円軌道」を描くことができる。
（イ）、本発明は、自転車エルゴメータを用いた歩行・走行様式での筋力トレーニングを可能とする。
（ロ）、また、上死点付近においてペダルは従来よりも下方を移動することができ、関節可動域制限のある術後のリハビリテーションにも有用となる。
（ハ）、同様に、疾病・傷害などによる下肢関節可動域制限のある者に、日常生活における自転車運動の負担を軽減させる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】連結式クランク（３連結）の図である。
【図２】従来のクランクとペダルの図である。
【図３】第２及び第３クランクの構造の図である。
【図４】従来のクランクでのペダル軌道の図である。
【図５】連結式クランク（２連結）でのペダル可動範囲の図である。
【図６】最大有効力積を生むペダル軌道の図である。（実施例１）
【図７】歩行・走行を模倣したペダル軌道の図である。（実施例１）
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図２に示した従来のクランク−ペダル機構に、図１のように第１クランク２Ａのペダル軸受け穴５に、自由に回転できる第２クランク２Ｂ、さらに第３クランク２Ｃを連結させる。
【００１３】
第２及び第３クランクの構造を図３に示した。ペダル軸受け穴５のネジのパイとピッチはクランク２Ａのペダル軸受け穴と同様である。連結クランク軸６のネジのパイとピッチは、ペダル軸４と同様である。これにより、複数クランクの連結が可能となる。クランク軸６は連結クランク２Ｂ・２Ｃを貫通しており、内部にはベアリング機構が装填される。
【００１４】
図４に従来のクランク−ペダル機構によるペダル軌道７Ａを示した。図５には、第２クランク２Ｂを装着してのペダル可動域を示した。７Ｂは第１クランク２Ａの上死点と前水平位の中点における、第２クランク２Ｂのみでのペダル可動域を示している。この可動域を第１クランク２Ａの円周について示した７Ｃは連結式クランク（２Ａ＋２Ｂ）での最小ペダル軌道、７Ｄは最大ペダル軌道である。この両者に囲まれた７Ｃから７Ｄの範囲がペダル可動域となる。
【００１５】
なお、図５では、第２クランク２Ｂの長さを第１クランク２Ａの５０％としている。第３クランク２Ｃを連結しても、連結部（２Ｂ＋２Ｃ）の全長が第１クランクの５０％ならば、同様の可動域となる。
【実施例１】
【００１６】
図６は、連結式クランクにおいて有効力積が最大となる、つまり第１クランク２Ａに対して直角方向（接線方向）に力を発揮した場合の第２クランクの向きとペダル軌道７Ｅを連続的に示している。しかし、自転車ペダリングでは足尖部とペダルが固定されていても、下死点から上死点にかけては一般的には引き上げ力は発揮されていない。したがって、実際には上死点付近ではペダルは従来よりも下方を移動する。歩行や走行においてもこの局面は遊脚期（加重なし）であり、歩行や走行を模倣したペダリングでは、図７の７Ｆのように「三角形に近い楕円軌道」を描く。また、下肢３関節それぞれが独立に関節角度を決定できる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
従来のスプリント・トレーニング・マシン（特許文献２）や楕円サイクル型総合筋力トレーニングマシン（特許文献４）は、自転車エルゴメータ本体の構造に関わる発明であった。このため、装置が大がかりとなり、また高価であったことからも普及には至っていない。本発明は、同様の観点でありながら、従来の自転車あるいは自転車エルゴメータに短小な２つあるいは３つのクランクを追加することで対応でき、廉価なトレーニング器具や医療器具としての利用が期待できる。
【符号の説明】
【００１８】
１      ボトムブラケット
２Ａ    第１クランク（従来のクランク）
２Ｂ    第２クランク
２Ｃ    第３クランク
３      ペダル
４      ペダル軸
５      ペダル軸受け穴
６      連結クランク軸
７Ａ  通常クランクでのペダル軌道
７Ｂ  第２クランクのみでのペダル軌道
７Ｃ  連結式クランクでの最大ペダル軌道
７Ｄ  連結式クランクでの最小ペダル軌道
７Ｅ  連結式クランクでの最大有効力積を生むペダル軌道
７Ｆ  連結式クランクでの歩行・走行を模倣したペダル軌道
【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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