(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）ハブと、
ｂ）前記ハブに取り付けられる基端部を有し、基端部と先端部との間で駆動力を伝達する四面体螺旋形コネクティングロッドと、
を有する動力伝達アセンブリ。
【請求項２】
請求項１において、前記ハブがクランクシャフトである動力伝達アセンブリ。
【請求項３】
請求項１において、前記ハブは内燃機関のクランクシャフトである動力伝達アセンブリ。
【請求項４】
請求項１において、前記ハブは自転車のクランクシャフトである動力伝達アセンブリ。
【請求項５】
請求項１において、前記先端部はピストンから駆動力を受けるものである動力伝達アセンブリ。
【請求項６】
請求項１において、前記先端部はペダルを介して駆動力を受けるものである動力伝達アセンブリ。
【請求項７】
請求項１において、前記コネクティングロッドは中空である動力伝達アセンブリ。
【請求項８】
請求項７において、前記中空ロッドが潤滑されるものである動力伝達アセンブリ。
【請求項９】
請求項１において、前記コネクティングロッドは、スチール、プラスチック、または強化繊維複合体のいずれかから形成されている動力伝達アセンブリ。
【請求項１０】
請求項１において、前記コネクティングロッドは人力駆動式または非人力駆動式の車両に使用されている動力伝達アセンブリ。
【請求項１１】
請求項１において、前記コネクティングロッドは複数の四面体で構成されている動力伝達アセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１において、前記複数の四面体は、互いに接合されている動力伝達アセンブリ。
【請求項１３】
請求項１１において、前記四面体はその三角形の表面において互いに接合されている動力伝達アセンブリ。
【請求項１４】
請求項１１において、前記四面体は螺旋形状となるように接合されている動力伝達アセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４において、前記螺旋形状は、コネクティングロッドの上死点を直線的なアームに対して相対的に移動させるように設定されている動力伝達アセンブリ。
【請求項１６】
請求項１１において、前記四面体は中空形状である動力伝達アセンブリ。
【請求項１７】
請求項１において、自転車を推進させるのに使用される動力伝達アセンブリ。
【請求項１８】
駆動力を発生し、
前記駆動力を四面体螺旋形コネクティングロッドを介してハブに伝達する、
動力伝達方法。
【請求項１９】
請求項１８において、前記駆動力を発生するステップが、シリンダ内において燃料混合物を点火することを含む動力伝達方法。
【請求項２０】
請求項１８において、前記駆動力を発生するステップが、前記コネクティングロッドに連結されたペダルに駆動力を付加することを含む動力伝達方法。
【請求項２１】
請求項１８において、さらに前記コネクティングロッドを複数の四面体から構成する動力伝達方法。
【請求項２２】
請求項２１において、さらに、前記四面体を互いに接合する動力伝達方法。
【請求項２３】
請求項２１において、さらに、前記接合された四面体によって螺旋形状を形成する動力伝達方法。
【請求項２４】
請求項１８において、さらに、前記コネクティングロッドの上死点を直線的なアームに対して相対的に移動させる動力伝達方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願
本願は、１９９５年１２月２７日付け出願の米国特許出願No.08/579,339の一部継続出願である。原出願の内容の全てを本願の一部としてここに引用する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペダルまたはシリンダヘッドからの駆動力を、例えば死点から変位させる曲がったクランクまたはロッドに関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
種々のクランクまたはコネクティングロッドの構造がこれまでに知られている。そのような構造は、人力自転車、または化石燃料、蒸気または他の推進燃料を用いた内燃機関または外然機関によって駆動される、陸上、水上または空中の乗り物に主として使用されている。そのような構造の目的は、力を駆動源から駆動機構に伝達することにある。
【０００４】
上死点を変位させることでより効率の高い自転車とするための機構が提案されている。そのような機構の例は、Bregnard et al. の米国特許4,793,208 、Stuckenbrok の米国特許4,807,491 、Trevizo の米国特許4,982,945 (1989)、Sanderの米国特許4,960,013 (1990)であり、これらは、機械的にクランクを延長および短縮するシステムを開示している。
【０００５】
特に自転車の効率を向上させる同様な、より新しい技術が使用されている。その例として、Garneau の米国特許5,207,119 は、ペダルアームの長さを変化させるシステムを開示しており、Sainの米国特許5,199,324 のシステムは、クランクアームを回転させており、Girvinの米国特許5,179,873 (1993)は中空のクランクを用いて強度を低下させることなくクランクの重量を低減しており、Pinkstock の米国特許5,157,988 (1992)のクランクはエネルギーを蓄積するためのスプリングを使用しており、Boysの米国特許5,060,536 (1991)は矩形断面をもつフレキシブルなクランクアームを使用しており、Romeroの米国特許5,010,785 (1991)はチューブ状のクランクアームを使用しており、Amiet の米国特許5,125,288 (1992)は水銀で満たされる弓形クランクの使用を開示している。
【０００６】
内燃または外燃機関のコネクティングロッドの分野ではTillman の米国特許4,890,588 が上死点を越えてクランクアームまたはコネクティングロッドを回転させるシステムを開示し、Mederer の米国特許4,957,069 は長大化したコネクティングロッドを提案し、Pusic et al.の米国特許4,966,109 は内燃機関および蒸気機関の両方に使用できる油圧式コネクティングロッドの使用を開示し、Shechteret al.の米国特許5,136,987 は長さを変更できる油圧式の可変コネクティングロッドを提案し、それの改良がSimko の米国特許5,178,103 に記載されている。Blish の米国特許5,201,287 は、ストロークの長さを変更できる油圧、機械的または電気的に駆動される延長式ロッドを使用し、Emery の米国特許4,974,554(1990) は、上死点におけるピストンヘッドの位置を高くして、ピーク燃焼の機関におけるクランクシャフトの軸受が発生する有効モーメントアームを増大させることにより、エンジン（内燃機関または外燃機関）の機械効率および入力／出力効率を増大させることを開示している。Larsenの米国特許5,025,757 は、エンジンブロックを回動可能にして、上死点距離を変更するようにしている。Cuatico の米国特許5,186,127 (1993)は、コネクティングロッドをオフセットすることにより、内燃機関における機械的利点を得るようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来技術は、ある特定の目的、たとえば、自転車、内燃機関または外燃機関のいずれか１つに過ぎない。しかも、これら従来技術は、複雑な設計であるために複雑な工作が必要であり、さらに、多くの可動部品をもつ複雑な構造であるために、故障しやすく修理も難しい。そのために、これら従来装置の製造、補修点検および修理を高価なものにしている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、力または動力の伝達アセンブリに関連しているもので、自転車または他のクランクおよび／またはコネクティングロッド装置に限定されるものではない。人力または非人力の動力を、車両駆動系の自転車駆動軸に伝達する新規な方法であって、駆動力が上死点から離れる方向に向くようにして駆動力を増大させる方法である。この方法は、クランクまたはコネクティングロッドがもっとも高い位置にあるとき、この駆動力を上死点から移動させる、つまり上死点で伝達させるので、駆動力を最大にする。この方法の利点は、最大の駆動力を上死点で伝達することにより、最も大きなストローク高さにおいて力がクランクにかかることになり、これによって駆動力が最も効率よく利用されることである。
【０００９】
本願は、従来技術の欠点である、１つの目的にのみ適合されるにすぎないこと、複雑な設計であること、多くの部品をもつ複雑な構造であること、および製造コストが高いことなどを解消するものである。本発明は多くの適用分野をもつこと、簡略な設計であること、可動部品が０もしくは少ない簡単な構造であること、および製造コストが低い利点をもつ、新規なものである。
【００１０】
したがって、本願発明は次のような利点を有する。
（ａ）多くの適用分野、すなわち、人力駆動式の車両および／または機械、または非人力駆動式つまり機械動力式の車両および／また機械に適合する設計である。
（ｂ）設計が簡略であり、本質的に高い強度をもつ。
（ｃ）基本的な構造の寄せ集めであり、可動部品がないので、製造が容易な設計である。
（ｄ）基本的な繰り返しの構造を持つため、製造が安価である。
【００１１】
本発明の一構成は、動力伝達アセンブリである。このアセンブリはハブを有している。このハブは具体的な実施形態では、エンジンのクランクシャフトまたは自転車の駆動軸である。前記ハブに基端部が取り付けられた螺旋四面体（tetra-helical)形状のコネクティングロッドが設けられている。このコネクティングロッドが基端部と先端部の間で駆動力を伝達する。具体的な実施例では、前記コネクティングロッドはピストンロッドまたは自転車のクランクアームである。
【００１２】
他の具体例では、コネクティングロッドは中空で内部潤滑が可能であり、スチール、プラスティックまたは繊維強化複合体で形成される。さらに、ロッドは三角形の表面同士で結合された複数の四面体によって構成されている。これによって、コネクティングロッドの上死点が直線的なアームに対して相対的に移動する螺旋形を形成している。
【００１３】
本発明の他の目的および利点は、陸上、水上、空中および宇宙空間における乗り物に容易かつ簡便に使用できる装置および方法を提供することにある。そのような乗り物には、自転車のような人力駆動式の乗り物、または内燃機関もしくは外燃機関のような非人力駆動式、つまり機械動力式の車両があり、これらの乗物において、上死点および下死点を移動(displace)させることによって、駆動力を駆動系に対して効率よく伝達させ、かつ軽量で強度が高く、製造および保守が容易で、可動部品を極力少なくした装置および方法を提供する。
【００１４】
構造および部品の組み合わせの種々の新規な詳細部分を含む本発明の上記および他の構成は、添付の図面を参照してより詳しく説明され、かつクレームに記載されている。本発明を具現化する特定の方法および装置は単に例示されているものであり、本発明をそれに限定するものではない。本発明の原理および構成は、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の実施形態に展開されるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図において、１０は四面体螺旋形状の自転車クランクアームアセンブリ、１２は中空の四面体螺旋形状のクランクアームまたはコネクティングロッド、１４は円筒形状のハブ（外径２７mm、標準取付け孔３０）、１６はフランジ、２１はペダル取付け部材（０．５６２インチ×２０のねじ）、２２は標準ペダルアセンブリ、３０は標準取付け孔（その中に標準下部ブラケット軸の一端部が挿入されるように配置されている）、３１は標準下部ブラケット車軸、４０は取付け孔（フランジを大きなチェーンスプロケット（図示せず）にボルトで結合するための孔）。５０はピストン、５１は排気弁、５２は点火プラグ、５３は吸気弁、５４はピストン５０に取り付けられたリング、５５はシリンダボア、５６はクランクシャフト、５７はシリンダボアおよびクランクケースを囲むエンジンブロックである。図７の概略図は、本発明の四面体螺旋構造、つまり、複数の四面体を螺旋状に配置した四面体螺旋形のクランクを示す。
【００１６】
この実施形態の四面体螺旋構造のクランクアセンブリ１０は、円筒形ハブ１４に取り付けられた、中心部が中空のクランクアーム１２を有している。前記ハブ１４は車軸（回転軸）となるクランクシャフト３１に取り付けるためのものである。円筒形ハブ１４はフランジ１６に取り付けられ、このフランジ１６が推進力を駆動ホイールまたはチェーンスプロケット（図示せず）に伝達する。クランクアームまたはコネクティングロッドは、種々の適切な材料、たとえばスチール、プラスティックまたは繊維強化複合体により形成される。クランクアームまたはコネクティングロッドの中心部は、好ましくは中空であり、これによって、重量を低減させながら強度を維持し、必要に応じて潤滑を可能にする。
【００１７】
ハブ１４は外径が約２７mmであり、その中心部を軸方向に貫通する標準装着孔３０を有しており、この標準装着孔３０に、標準下部ブラケット車軸３１の一端部が取り付けられる。ペダル取り付け部材２１は０．５６２インチ×２０のねじを有し、標準ペダルアセンブリ２２を支持する。
【００１８】
図示した四面体螺旋構造のクランクアーム１２は、自転車の右側１０に用いるものであり、複数の取付け孔４０を備えたスプロケット装着用フランジ１６を有している。四面体螺旋形自転車クランクアームの全体アセンブリ２０のうち、左側の四面体螺旋構造クランクアームアセンブリは、好ましくは、スプロケット装着用フランジ１６を有していない点を除いて、右側の四面体螺旋構造クランクアセンブリ１２と同様な形状である。
【００１９】
四面体螺旋構造クランクアーム１２は、標準取付け孔３０とペダル装着部材２１の中心部との間にわたって延びる１５５〜１８５mmの長さを有する。図１２は、四面体螺旋形クランクアームをピストンコネクティングロッド１２に適用した例を示している。この例では、ピストン５０がシリンダボア５５内に収納されている。従来からよく知られているとおり、燃料混合物である混合気が吸気弁５３を通ってシンダボア５５内に導入される。混合気は点火ブラグ５２によって点火される。燃焼工程において図１２に示した位置にあるピストン５０を下方に押し下げる駆動力が発生する。曲がった螺旋形の四面体螺旋形ピストンコネクティングロッド１２が、クランクシャフト、つまりハブ５６を回転させ、自動車のような車両の駆動系を回転させる。
【００２０】
したがって、本発明の四面螺旋構造クランクアームまたはコネクティングロッドは、駆動力を上死点および下死点から移動させるのに容易かつ簡便に利用でき、駆動力を最も効率よく利用できることが分かる。さらに、この四面体螺旋構造のクランクアームまたはコネクティングロッドは次のような利点も持つ。
【００２１】
組み立てが容易である。
製造が容易である。
小さな重量で大きな強度をもつ。
中心部を中空にして、強度を低下させることなく重量を低減させることが可能である。
必要に応じて中空中心部を潤滑のために使用できる。
如何なる材料を用いても形成することができ、かつ大きな強度を有する。
自転車のような人力駆動式の車両に利用できるとともに、陸上、水上、空中または宇宙空間において使用する内燃機関もしくは外燃機関で駆動される機械駆動式の車両にも使用できる。
発電機またはプーリーシステムのような人力駆動式の機械に使用できるほか、陸上、水上、空中または宇宙空間において使用される機械にも利用できる。
【００２２】
上記説明は多くの具体例を含んでいるが、これらは本発明を限定するものと解釈してはならず、単に本発明の好ましい実施形態を示しているにすぎない。たとえば、四面体螺旋構造クランクまたはコネクティングロッドは車両に使用されるばかりでなく、種々のスポーツ装置または用具に使用されても駆動エネルギーを最も効率的に利用させる。
【００２３】
本発明は好ましい実施形態を参照して説明してきたが、請求の範囲に記載した本発明の思想および範囲から外れることなく、形態や詳細における種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）は四面体の正面図、（Ｂ）は四面体の側面図、（Ｃ）は四面体の平面図である。
【図２】  （Ａ）は三角形の表面で接合された２つの四面体を示す正面図、（Ｂ）は同側面図、（Ｃ）は同平面図である。
【図３】  （Ａ）は四面体螺旋構造物を形成する三角形の表面で接合された四面体の螺旋配列を示す正面図、（Ｂ）は同側面図である。
【図４】  四面体螺旋構造のクランクの概略側面図であり、本発明のいくつかの特徴、すなわちクランクの曲がっている形状、簡略な設計、上死点の変位などを示す図である。
【図５】  右側の四面体螺旋構造のクランクを示す概略正面図である。
【図６】  右側の四面体螺旋構造のクランクを示す概略平面断面図であり、本発明の特徴、すなわち、潤滑を容易にする中心部および強度を低下させないで重量を低減する構造を示している。
【図７】  左右の四面体螺旋構造のクランクを示す側面図であり、本発明のいくつかの特徴、すなわち、曲がった形状のクランク、簡略な設計、上死点および下死点の変位などを示している。
【図８】  左右の四面体螺旋構造のクランクを示す概略正面図である。
【図９】  左右の螺旋構造のクランクを示す概略平面断面図である。
【図１０】  左右の四面体螺旋構造のクランクを示す等角図法による斜視図である。
【図１１】  自転車に取り付けられた四面体螺旋構造のクランクまたはコネクティングロッドを示す側面図である。
【図１２】  内燃機関の四面体螺旋形のコネクティングロッドを示す一部切断した側面図である。
【符号の説明】
１０…自転車クランクアームアセンブリ、１２…クランクアームまたはコネクティングロッド、１４…ハブ、１６…フランジ、２２…ペダル、５０…ピストン、５６…クランクシャフト、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004252729.tif 000011
【図１１】
0004252729.tif 000012
【図１２】
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