JP2000264279A - 自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来と同じ程度の足のストロークにより従来の
自転車に比べて楽に安定な状態で推進力が得られる揺動
支点型てこ機構を用いた自転車を提供する。 【解決手段】 ペダルアーム３８ａの作用点には、後輪
車軸３０に連結されたクランクピン３４ａが回転自在に
連結され、ペダルアーム先端の力点にはペダル４０ａが
設けられ、更に、ペダルアーム後端の支点にはローラ４
２ａが取り付けられ揺動支点を構成している。フレーム
の後輪支持フレーム２８ａには、ローラを所定の案内方
向Ａに沿って移動自在に案内する案内部材４４ａが取り
付けられている。この案内方向Ａは、水平方向に対して
所定角度θ下方へ傾斜しているとともに、車軸を通って
延びている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人力、例えば足
で漕いで進む陸上で用いられる自転車に関し、特に、揺
動支点型のてこ機構を用いた自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在広く普及している自転車は、一般
に、チェーンスプロケットの軸の両側に１８０度の位相
差を持って固定された一対のクランクアームと、各クラ
ンクアームに取り付けられたペダルと、を備え、これら
のペダルを両足で交互に踏むことによりチェーンスプロ
ケットを回転させ、このチェーンスプロケットの回転を
チェーンを介して後輪に伝え、推進するように構成され
ている。

【０００３】ここで、チェーンスプロケットの軸に発生
するトルクは、この軸からペダルまでの距離とペダルの
回転軌跡の接線方向の力との積で表されるが、人間の足
の力には限りがあるため、このトルクを大きくするに
は、クランクアームを長くしてチェーンスプロケットの
軸からペダルまでの距離を長くとる必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
自転車のペダルの回転軌跡の直径は人間の足の長さに基
づいて決定されているため、現行のものより長くすると
ペダルを漕ぐのが困難になり、効率も悪く安定性でも問
題があるなどいろいろの不都合が生じる。

【０００５】また、チェーンスプロケットの回転を後輪
に伝達するためにチェーンを用いているが、このチェー
ンは外れたり、切れたりすることからその取扱が面倒で
あり、またチェーン全体を覆うカバーを用いなければな
らないなど問題が多い。

【０００６】この発明は以上の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、チェーンを用いずに従来の自転車に比
べて容易に推進力が得られるとともに、従来の自転車と
同様に容易に運転操作することが可能な揺動支点型てこ
機構を用いた自転車を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る自転車は、ハンドルおよびサドルが
取り付けられたフレームと、上記フレームの前後にそれ
ぞれ設けられた第１および第２車軸により回転自在に支
持された第１および第２車輪と、上記第１および第２車
軸の一方の車軸の両端部に、上記車軸の回転方向に関し
て互いに１８０度の位相差を持ってそれぞれ連結された
第１、第２クランク装置と、それぞれ一端部に力点、他
端部に支点、および力点と支点との間に作用点を有して
いるとともに、それぞれ上記作用点が上記第１および第
２クランク装置に回転自在に連結されたアーム状の第１
および第２てこ部材と、上記第１および第２てこ部材の
力点にそれぞれ回転自在に取り付けられた第１および第
２ペダルと、上記第１および第２てこ部材の支点にそれ
ぞれ回転自在に取り付けられ上記第１および第２てこ部
材の揺動支点を構成する第１および第２支持部材と、上
記一方の車軸の両端部近傍でそれぞれ上記フレームに固
定され、それぞれ水平方向に対して約５〜４５度だけ下
方に傾斜しているとともに上記一方の車軸を通る案内方
向に延び、上記第１および第２支持部材を上記案内方向
に沿って移動自在に支持した第１および第２案内部材
と、を備え、上記ペダルを交互に踏むことにより、上記
第１および第２クランク装置を介して上記一方の車軸を
回転駆動し、上記第１および第２ペダルの各々は、上死
点および下死点を持ったほぼ偏平な非線形楕円状の移動
軌跡を有し、上死点付近において、各ペダルの前回転方
向の移動軌跡の接線と、上記上死点を通る垂線とのなす
角度が、各ペダルの後回転方向の移動軌跡の接線と、上
記垂線とのなす角度よりも小さいすることを特徴として
いる。

【０００８】上記構成の自転車によれば、チェーンを用
いずに従来と同じ程度の足のストロークにより従来の自
転車に比べて楽に安定な状態で推進力が得られることが
できる。この際、第１および第２てこ部材を交互に踏む
ことにより、各ペダルは偏平な非線形楕円形状の移動軌
跡をとるが、第１および第２支持部材は、第１および第
２案内部材により、水平方向に対して下方に傾斜した案
内方向に沿って案内され、各ペダルの移動軌跡の上死点
付近において、各ペダルの前回転方向の移動軌跡の接線
と、上記上死点を通る垂線とのなす角度が、各ペダルの
後回転方向の移動軌跡の接線と、上記垂線とのなす角度
よりも小さく設定されている。そのため、各ペダルの移
動軌跡の編曲点を容易に認識することができ、ペダルの
逆踏みを生じることなく、従来の自転車と同様にように
ペダル操作を行うことができる。

【０００９】更に、この発明の自転車によれば、上記一
方の車軸と上記サドルの中心との間の水平方向距離は、
約１００ｍｍの範囲内に設定されている。このような構
成によれば、第１および第２てこ部材の長さを短縮する
ことが可能となり、てこ部材を支持する支持構造部の剛
性を低減し、自転車全体の軽量化および製造コストの軽
減を図ることができる。

【００１０】更に、この発明の自転車によれば、上記第
１および第２車輪は、上記第１および第２車軸の外側に
回転自在に支持されたハブをそれぞれ有し、また、上記
一方の車軸の回転を上記ハブに伝達するギア機構が設け
られている。そして、上記ギア機構は、上記第１および
第２クランク装置の一方に設けられた第１ギアと、上記
フレームに回転自在に支持され上記ハブの外側に設けら
れているととに、上記第１ギアに歯合した第２ギアおよ
び第２ギアと一体的に回転する大径の第３ギアを有する
多段ギアと、上記一方の車軸に回転自在に支持され上記
第３ギアに歯合ているとともに、ワンウェイクラッチを
介してハブの内周面に接続された第４ギアと、を備えて
いる。

【００１１】上記構成によれば、ギア機構を車軸の一端
側でハブの外側に設けたいわゆる外付け構造とすること
ができ、構成の簡略化、保守点検の容易化を図り、全体
として製造コストの軽減を図ることができる。同時に、
ギアの多段化が容易となる。更に、第１および第２てこ
部材からの入力を第１および第２連結部材によって位相
合わせした後、ギア機構により増速して車輪に伝える構
成であることから、ギア機構に直接大きな負荷が掛から
ず、ギア機構の薄型化、軽量化を図ることができる。

【００１２】この発明の自転車によれば、第１および第
２支持部材を案内する上記第１および第２案内部材は、
上記フレームに対して、上記案内方向の角度を調整可能
に取り付けられていることを特徴としている。このよう
な構成によれば、自転車の使用環境に応じて、第１およ
び第２支持部材の案内方向を任意に調整することがで
き、ペダル操作を最適な状態に設定することができる。

【００１３】更に、この発明の自転車によれば、一方の
車軸に同軸的に取り付けられたロータと、上記フレーム
に固定されているとともに上記ロータと同軸的に対向配
置されたステータと、を有し、上記一方の車軸の回転を
補助するアシストモータを備えていることを特徴として
いる。上記アシストモータによって車軸の駆動を補助す
ることにより、自転車の走行が一層容易となり、疲労の
軽減および使用範囲の拡大等を図ることができる。

【００１４】また、この発明に係る自転車は、ハンドル
およびサドルが取り付けられたフレームと、上記フレー
ムの前後にそれぞれ回転自在に設けられた第１および第
２車軸により回転自在に支持された第１および第２車輪
と、上記第１および第２車軸の一方の車軸の両端部に、
上記車軸の回転方向に関して互いに１８０度の位相差を
持ってそれぞれ連結された第１、第２クランク装置と、
それぞれ一端部に力点、他端部に支点、および力点と支
点との間に作用点を有しているとともに、それぞれ上記
作用点が上記第１および第２クランク装置に回転自在に
連結されたアーム状の第１および第２てこ部材と、上記
第１および第２てこ部材の力点にそれぞれ回転自在に取
り付けられた第１および第２ペダルと、上記第１および
第２てこ部材の支点にそれぞれ回転自在に取り付けられ
上記第１および第２てこ部材の揺動支点を構成した第１
および第２支持部材と、上記一方の車軸の両端部近傍で
それぞれ上記フレームに固定され、それぞれ水平方向に
対して約５〜４５度だけ下方に傾斜した案内方向に延
び、上記第１および第２支持部材を上記案内方向に沿っ
て移動自在に支持した第１および第２案内部材と、を備
え、上記第１および第２てこ部材の各々は、上記作用点
と上記揺動支点とを通って延びる直線が上記作用点と上
記力点とを通って延びる直線に対して約５〜４５度だけ
上方に傾斜するように形成され、上記第１および第２ペ
ダルを交互に踏むことにより、上記第１および第２クラ
ンク装置を介して上記一方の車軸を回転駆動することを
特徴としている。

【００１５】更に、この発明に係る自転車によれば、上
記第１および第２案内部材の各々は、上記案内方向が上
記一方の車軸を通るように、あるいは、上記一方の車軸
に対して上方へ所定距離偏心した位置を通るように設け
られている。

【００１６】上記構成の自転車によれば、チェーンを用
いずに従来と同じ程度の足のストロークにより従来の自
転車に比べて楽に安定な状態で推進力が得られることが
できる。この際、第１および第２てこ部材を交互に踏む
ことにより、各ペダルは偏平な非線形楕円形状の移動軌
跡をとるが、第１および第２支持部材は、第１および第
２案内部材により、水平方向に対して下方に傾斜した案
内方向に沿って案内され、各ペダルの移動軌跡の編曲点
を容易に認識し、従来の自転車と同様にようにペダル操
作を行うことができる。また、第１および第２てこ部材
を、上記作用点と上記揺動支点とを通って延びる直線が
上記作用点と上記力点とを通って延びる直線に対して約
５〜４５度だけ上方に傾斜するように形成することによ
り、第１および第２ペダルの踏み幅、つまり、ペダルの
上死点と下死点との距離、を十分に長くした場合でも、
下死点におけるペダルと地表面との距離を十分に確保す
ることができる。加えて、案内部材の案内方向を車軸に
対して任意の偏心距離だけ偏心させることにより、てこ
部材を上記のように形成した場合でも、ペダルの上死点
において、てこ部材の力点、作用点間の部分をほぼ水平
に維持することができ、最も漕ぎ易い自転車を提供する
ことができる。

【００１７】また、この発明に係る自転車は、ハンドル
およびサドルが取り付けられたフレームと、上記フレー
ムの前後にそれぞれ回転自在に設けられた第１および第
２車軸により回転自在に支持された第１および第２車輪
と、上記第１および第２車軸の一方の車軸の両端部に、
上記車軸の回転方向に関して互いに１８０度の位相差を
持ってそれぞれ連結された第１、第２クランク装置と、
それぞれ一端部に力点、他端部に支点、および力点と支
点との間に作用点を有しているとともに、それぞれ上記
作用点が上記第１および第２クランク装置に回転自在に
連結されたアーム状の第１および第２てこ部材と、上記
第１および第２てこ部材の力点にそれぞれ回転自在に取
り付けられた第１および第２ペダルと、上記第１および
第２てこ部材の支点にそれぞれ回転自在に取り付けられ
上記第１および第２てこ部材の揺動支点を構成した第１
および第２支持部材と、上記一方の車軸の両端部近傍で
それぞれ上記フレームに固定され、それぞれ水平方向に
対して約５〜４５度だけ下方に傾斜した案内方向に延
び、上記第１および第２支持部材を上記案内方向に沿っ
て移動自在に支持した第１および第２案内部材と、を備
え、上記第１および第２てこ部材の各々は、上記作用点
と上記力点とを通って延びる直線が上記作用点と上記揺
動支点とを通って延びる直線に対して約５〜４５度だけ
下方に傾斜するように形成され、上記第１および第２ペ
ダルを交互に踏むことにより、上記第１および第２クラ
ンク装置を介して上記一方の車軸を回転駆動することを
特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明の実施の形態に係る自転車ついて詳細に説明する。
図１に示すように、自転車は、例えば金属パイプによっ
て形成されたフレーム１０と、フレームに回転自在に取
り付けられた前輪１１および後輪１２と、を備えてい
る。フレーム１０は、前端にヘッドパイプ１３を有する
中央フレーム１４、中央フレームの後端から斜め後方、
かつ上方に延出したサドルフレーム１６、および、中央
フレームの後端から後方かつ斜め下方に延出した２本の
後部フレーム１８ａ、１８ｂを備えている。

【００１９】フレーム１０のヘッドパイプ１３には、フ
ロントフォーク２０が回転自在に取り付けられ、斜め下
方に向って延出している。そして、フロントフォーク２
０の延出端には車軸１１ａが取り付けられ、この車軸に
より、前輪１１のハブ１１ｂが回転自在に支持されてい
る。また、ヘッドパイプ１３には、操舵装置として機能
するハンドル２２のハンドルポスト２２ａが回転自在に
装着され、フロントフォーク２０に接続されている。

【００２０】サドルフレーム１６の上端には、サドルポ
スト２４を介してサドル２５が取り付けられている。サ
ドル２５の高さは、固定ねじ２６を緩めた状態でサドル
ポスト２４を上下することにより、調整することができ
る。更に、サドル２５は、サドルポスト２４に設けられ
た調整ねじ２７により、前後方向の位置を所定範囲内で
調整可能となっている。

【００２１】図１ないし図４に示すように、後部フレー
ム１８ａ、１８ｂは、それぞれその中間部から後方部分
が二股状に形成され、後輪１２の両サイドに延出してい
るとともに、その延出端は、それぞれ板状の後輪支持フ
レーム２８ａ、２８ｂを介して互いに連結されている。
これら対向する一対の支持フレーム２８ａ、２８ｂによ
り、後輪１２の車軸３０の両端がそれぞれベアリング２
９を介して回転自在に支持され、水平に保持されてい
る。そして、車軸３０の外周には、一対のベアリング２
７を介して、後輪１２のハブ１２ａが回転自在に支持さ
れている。

【００２２】車軸３０の一方の端部側、例えば、後輪支
持フレーム２８ａ側の端部には、車軸３０の回転をハブ
１２ａに伝達するギア機構５０が設けられている。この
ギア機構５０は、車軸３０に同軸的に嵌合された環状の
ベース板５１と、ベース板上に延出方向に沿って所定の
間隔を置いて回転自在に取り付けられた複数、例えば、
３つの遊星ギア５２と、ベアリング５４を介して車軸３
０に回転自在に取り付けられた太陽ギア５５と、を備え
ている。

【００２３】各遊星ギア５２は、車軸３０と平行な枢軸
を有している。また、太陽ギア５５は、３つの遊星ギア
５２と歯合しているとともに、ワンウェイクラッチ５６
を介して、ハブ１２ａの一端側内周面に接続されてい
る。このギア機構５０およびハブ１２ａの一端は、後輪
支持フレーム２８ａに固定されたカバー５８によって覆
われ保護されている。

【００２４】上記ギア機構５０によれば、車軸３０が回
転駆動されると、ベース板５１が車軸と一体に回転し、
遊星ギア５２は自転しながら太陽ギア５５の周囲を公転
する。これにより、太陽ギア５５が回転し、その回転が
ワンウェイクラッチ５６を介してハブ１２ａに伝達さ
れ、後輪１２が回転駆動される。

【００２５】なお、車軸３０が反対方向に回転した場合
には、ギア機構５０の最終段とハブ１２ａとの間に設け
られたワンウェイクラッチ５６の作用により、太陽ギア
５２の回転がハブ１２ａに伝達されず、車軸３０のみが
空転する。逆に、車軸３０が停止している場合でも、ワ
ンウェイクラッチ５６の作用により、後輪１２ａは前進
方向に空転することができる。

【００２６】車軸３０の両端部はそれぞれ後輪支持フレ
ーム２８ａ、２８ｂを貫通して外側に延出し、これら両
端部にはスプライン３１が形成されている。そして、車
軸３０の両端には、連結リング３２ａ、３２ｂがそれぞ
れ嵌合され、かつ、ねじ３３によって固定されている。
連結リング３２ａ、３２ｂは、その外周から半径方向に
突出した延出部３４ａ、３４ｂを一体に有している。ま
た、連結リング３２ａ、３２ｂは、延出部３４ａ、３４
ｂが車軸３０の円周方向に沿って互いに１８０度の位相
差を持った状態で、車軸３０に固定されている。

【００２７】連結リング３２ａ、３２ｂの延出部３４
ａ、３４ｂにはクランクピン３６ａ、３６ｂが取り付け
られ、車軸３０と平行に延びているとともに車軸に対し
て偏心して位置している。そして、これらのクランクピ
ン３６ａ、３６ｂ、連結リング３２ａ、３２ｂ、車軸３
０は、第１および第２クランク装置をそれぞれ構成して
いる。

【００２８】クランクピン３６ａには、連結リング３２
ａの外側に位置した右側のペダルアーム３８ａが、ベア
リング３７ａを介して回転自在に軸支されている。同様
に、クランクピン３６ｂには、連結リング３２ｂの外側
に位置した左側のペダルアーム３８ｂがベアリング３７
ｂを介して回転自在に軸支されている。

【００２９】それぞれ第１および第２てこ部材として機
能するペダルアーム３８ａ、３８ｂは、後輪１２の車軸
３０の近傍からフレーム１０の前部側へそれぞれ延出し
ている。ペダルアーム３８ａ、３８ｂの前端部には、ペ
ダル４０ａ、４０ｂがそれぞれ回転自在に取り付けられ
ているとともに、後端部には、ローラ４２ａ、４２ｂが
それぞれ回転自在に軸支され後輪支持フレーム２８ａ、
２８ｂ側に位置している。なお、ローラ４２ａ、４２ｂ
の回転軸、およびペダル４０ａ、４０ｂの回転軸は、車
軸３０と平行に延びている。

【００３０】また、第１および第２支持部材として機能
するローラ４２ａ、４２ｂは、後輪支持フレーム２８
ａ、２８ｂに固定された案内部材４４ａ、４４ｂにより
所定の方向に沿って転動自在に案内および支持されてい
る。図３および図４に示すように、案内部材４４ａ、４
４ｂは、中空のキャップ状に形成され、その周縁部が複
数の固定ねじ４５によって後輪支持フレーム２８ａ、２
８ｂにそれぞれ固定されている。そして、これらの案内
部材４４ａ、４４ｂは、ローラ４２ａ、４２ｂを案内す
るための案内溝４６ａ、４６ｂをそれぞれ規定してい
る。

【００３１】案内溝４６ａ、４６ｂの高さＷは、ローラ
４２ａ、４２ｂの直径とほぼ等しく形成され、深さＤ
は、ローラ４２ａ、４２ｂの幅よりも僅かに大きく形成
されている。また、案内部材４４ａ、４４ｂには、案内
溝４６ａ、４６ｂに連通しているとともに、ローラ４２
ａ、４２ｂの支軸を挿通するための開口４８ａ、４８ｂ
がそれぞれ形成されている。これらの開口４８ａ、４８
ｂは、ローラ４２ａ、４２ｂが案内溝から外れないよう
に、ローラの直径よりも小さな幅に形成されている。

【００３２】更に、本実施の形態によれば、図４から良
くわかるように、案内溝４６ａ、４６ｂは、水平方向Ｈ
に対して所定角度θだけ下方に傾斜しているとともに、
つまり、車軸３０側の端の方が低くなるように傾斜して
いるとともに、車軸３０を通る方向Ａに沿って延び、ロ
ーラ４２ａ、４２ｂを方向Ａに沿って案内する。この所
定角度θは、約５〜４５度、望ましくは、１０〜２０度
の範囲に設定される。そして、この角度θは、ペダルア
ーム３８ａ、３８ｂの長さ、ペダル４０ａ、４０ｂの最
下位置（下死点）から地表面までの距離、車軸３０に対
するクランクピン３６ａ、３６ｂの偏心距離を考慮し
て、上記範囲内に設定する。本実施の形態では約１５度
に設定されている。

【００３３】上記のようなペダルアーム３８ａ、３８ｂ
は、それぞれてこ機構を構成するもので、ペダル４０
ａ、４０ｂが取り付けられているペダルアームの前端部
は力点、ローラ４２ａ、４２ｂが取り付けられている後
端部は揺動支点、クランクピン３６ａ、３６ｂに接続さ
れた後端よりの中間部は作用点としてそれぞれ機能す
る。そして、図２に示すように、ペダルアーム３８ａ、
３８ｂの作用点から揺動支点までの距離をＬ１、作用点
から力点までの距離をＬ２とした場合、Ｌ１：Ｌ２は、
例えば、１：３に設定されている。具体的には、Ｌ１は
約８０〜１５０ｍｍ、Ｌ２は約２００〜４００ｍｍに設
定されている。更に、本実施の形態によれば、図１に示
すように、後輪１２の車軸３０とサドル２５の中心との
水平方向距離Ｂは、約１００ｍｍの範囲内に設定されて
いる。

【００３４】上記のように構成された自転車に乗る場合
には、図１において、サドル２５に腰掛け、ペダルアー
ム３８ａ、３８ｂの力点に設けられている左右のペダル
４０ａ、４０ｂに左右の足を乗せ交互に踏み込む。例え
ば、図１の状態においては、初めに右側のペダル３８ａ
を図示の位置から下に踏み込む。

【００３５】これにより、ペダルアーム３８ａ、３８ｂ
は、揺動支点４２ａ、４２ｂを中心として上下に揺動
し、ペダル４０ａ、４０ｂは、それぞれ偏平な非線形楕
円状の軌跡Ｘに沿って時計方向に回転運動を行う。この
際、ペダル４０ａ、４０ｂは、クランク機構の働きによ
り、１８０度の位相差を持って回転運動を行い、例え
ば、ペダル４０ａが図１に実線で示す上死点にある時、
ペダル４０ｂは一点鎖線で示す下死点に位置している。

【００３６】ペダル４０ａを上死点から下死点まで矢印
方向に沿って踏込むと、ペダルアーム４０ａのてことし
ての作用点は、クランクピン３６ａを介して連結リング
３２ａおよび車軸３０を時計方向に回転させる。その
際、揺動支点としてのローラ４２ａは案内溝４８ａ内を
転動しながらＡ方向に移動する。そして、車軸３０が時
計方向へ回転することにより、ギア機構５０およびワン
ウェイクラッチ５６を介してハブ１２ａおよび後輪１２
が時計方向に回転駆動され、自転車が前進する。

【００３７】車軸３０の回転は左側の連結リング３２ｂ
およびクランクピン３６ｂに伝達される。それにより、
左側のペダルアーム３８ｂがローラ４２ｂを支点として
揺動し、図１に一点鎖線で示す下降位置から実線で示す
上方位置に持ち上げられる。従って、右側のペダル４０
ａが下死点まで移動した時点で、左側のペダル４０ｂは
上死点まで移動している。

【００３８】この状態で今度は左足でペダル４０ｂを踏
み込んで行くと、ペダルアーム４０ｂが下降し、クラン
クピン３６ｂを介して連結リング３２ｂおよび車軸３０
を時計方向に回転させる。その際、揺動支点としてのロ
ーラ４２ｂは案内溝４８ｂ内を転動しながらＡ方向に移
動する。そして、車軸３０が時計方向へ回転することに
より、ギア機構５０およびワンウェイクラッチ５６を介
してハブ１２ａおよび後輪１２が時計方向に回転駆動さ
れ、自転車が前進する。

【００３９】以上のように、左右の足で交互にペダル４
０ａ、４０ｂを踏み込むことにより車軸３０を交互に回
転駆動し、自転車を走行させることができる。

【００４０】上記のように構成された自転車において、
ペダル４０ａ、４０ｂの移動軌跡Ｘは、上述したように
偏平な非線形楕円状の閉曲線となる。この軌跡Ｘは極め
て偏平であるから、ペダルの移動軌跡が円形となる従来
の自転車に比較して水平方向の変位量が小さく、ほとん
ど足を上下に往復させるだけの感覚でペダル４０ａ、４
０ｂを漕ぐことができる。そのため、従来の自転車で
は、ペダルがその移動軌跡の頂上位置から若干前方に回
転した位置、例えば時計の針では２時の方向から４時の
位置までの間、つまり、角度では約６０度程度の範囲で
のみ、ペダルを踏み込んで自転車の推進力を得ることが
できるが、本実施の形態に係る自転車によれば、ペダル
４０ａ、４０ｂの移動軌跡Ｘの内、上死点から下死点ま
でのほぼ全範囲でペダルに踏込み力を与えることができ
る。従って、本実施の形態の自転車によれば、従来に比
較して、極めて効率良く踏込み力を与えることができる
とともに、連続した推進力を得ることができる。

【００４１】また、ペダル４０ａ、４０ｂの踏込み動作
は、平地での歩行における足踏み状態とほぼ同じであ
り、従来の自転車を漕ぐときのペダルの回転に合わせた
脚の回転運動とは異なり、極めて自然な足の上下運動で
あるため力のロスが無く、疲労が少なくて済む。

【００４２】また、揺動支点型のてこ機構をなすペダル
アーム３８ａ、３８ｂを用いていることから、従来のよ
うなチェーンを用いる必要がなく、構造の簡略化すると
ともに保守点検も容易となる。更に、てこ機構の働きに
よりに、足による踏込み力を増倍して車軸３０に伝える
ことができ、容易に大きな推進力を得ることが可能とな
る。

【００４３】なお、チェーンを用いた在来の自転車にお
いて、チェーンに起因して約２０％の伝達ロスが生じ
る。本実施の形態に係る自転車によれば、チェーンレス
であるため、その伝達ロスがない分、約２０％の伝達効
率向上を期待することができる。

【００４４】更に、本実施の形態に係る自転車によれ
ば、ペダルを踏込むことにより生じた駆動力は、アーム
を介して後輪軸のクランクに直接伝達され、自転車全体
では、いわゆるミッドシップの重量バランスとなり、２
０％前後の効力伝達効率の向上を期待することができ
る。

【００４５】ここで、図５を参照して揺動支点型てこ機
構を用いた本実施の形態の自転車と、従来の自転車との
動作を解析して比較する。図５（ａ）は従来の自転車の
ペダルの回転軌跡Ｙを示し、チェーンスプロケットの回
転軸１００の周りに互いに１８０度の位相差をもって設
けたクランクアーム１０１、１０２の先端にそれぞれペ
ダル１０３、１０４を取り付けたものとする。

【００４６】図において、クランクアーム１０１、１０
２の長さをＬとし、ペダル１０４に対して時計方向の回
転軌跡Ｙの接線方向に加えられる力をＦｃとすると、中
心の軸１００におけるトルクＴ０は Ｔ０＝Ｌ・Ｆｃ となる。

【００４７】一方、図５（ｂ）は、本実施の形態に係る
自転車を簡略化して示したもので、ペダルアーム３８ａ
の長さを３Ｌとし、ペダルアーム３８ａの動作角度をα
とし、ペダル４０ａの軸が移動軌跡Ｘに沿ってθ／２回
動した時の軌跡Ｘの中心と、上死点との直線距離を従来
のクランクアームの長さと同じＬとする。この場合、ペ
ダル４０ａの移動軌跡Ｘの接線方向に従来と同じ力Ｆｃ
が加えられると、ペダルアーム３８ａの揺動支点である
ローラ４２ａの軸に生じるトルクＴは、 Ｔ＝３Ｌ・Ｆｃ となり、従来の自転車の３倍の力が発生することにな
る。そのため、後輪の車軸３０に従来の自転車と同等の
トルクＴを発生させるには、例えばクランクピン３６ａ
が描く円の半径が１／３Ｌとなる位置を選んでクランク
ピン３６ａをペダルアーム３８ａ上に設ければよいこと
になる。

【００４８】そして、従来の自転車のクランクアームの
長さＬが１６０ｍｍであれば、本実施の形態におけるペ
ダルアーム３８ａの長さは３×１６０＝４８０ｍｍとな
り、通常の寸法の自転車のフレーム上に充分余裕を持っ
て取り付けることができる。

【００４９】また、従来の自転車におけるペダルの移動
軌跡Ｙの積分値を１００５ｍｍとした場合、本実施の形
態における自転車においては、ペダルの移動軌跡Ｙの積
分値は６９２ｍｍとなる。従って、これらの自転車を比
較すると、１００５−６９２＝３１３ｍｍ、３１３÷６
９２＝０．４５２となる。これは、従来の自転車は、本
実施の形態に係る自転車に比較して、約４５％だけペダ
ルの踏込み長さが長くなることを意味している。

【００５０】このことから、本実施の形態に係る自転車
では、従来の自転車に比較して、ペダルを４５％ゆっく
りと踏込んだ場合でも従来と同じスピードを得ることが
でき、必要な踏込み力は同一であるから、従来に比較し
て約６０％の力でゆっくりとペダルを踏込んでも、従来
の自転車と同じ距離を同じ速度で走行することが可能と
なる。

【００５１】更に、本実施の形態によれば、サドル２５
は、後輪１２の車軸３０に対して、水平方向距離Ｂが約
１００ｍｍの範囲に配置されているため、ペダルアーム
３８ａ、３８ｂの長さを比較的短くすることが可能とな
る。これにより、ペダルアーム３８ａ、３８ｂを軽量化
することができ、これに伴い、後輪支持フレーム２８ａ
等、ペダルアームの支持部分の剛性を低減可能となり、
一層の軽量化、構成の簡略化を図ることができる。

【００５２】一方、上記のような揺動支点型てこ機構を
用いた自転車において、ペダル４０ａ、４０ｂは偏平な
非線形楕円状の移動軌跡Ｘを取り、ほぼ上下方向に移動
することから、足の踏み方向や、位置を明確に認知する
にはある程度の熟練を必要とする。すなわち、図１およ
び図５（ｂ）に示す例では、各ペダル４０ａ、４０ｂは
時計方向に回転運動を行い、上死点Ｂを通り過ぎたペダ
ルを下死点Ｃに向って踏込むことにより後輪１２の推進
力を得ることができる。逆に、上死点Ｂを通り過ぎる前
のペダル４０ａ、４０ｂ、つまり、時計方向に沿って下
死点Ｃから上死点Ｂに向かう途中のペダルを誤って下方
に踏込んだ場合、すなわち、逆踏みした場合、後輪車軸
に組込まれているワンウェイクラッチの作用により、力
は後輪１２に伝達されず、ガクとした衝撃を足に受ける
とともに、ペダルは反時計方向の移動軌跡を取りながら
空転することになる。このように、揺動支点型てこ機構
を用いた自転車では、ペダルの移動軌跡Ｘにおける上死
点Ｂ付近の見極めが難しい。

【００５３】ペダルアームにおける揺動支点の移動方向
が水平方向に設定されている場合、ペダル移動軌跡にお
ける上死点と下死点とがほぼ垂直方向に並んで位置する
ため、ペダルは上死点の位置で上昇運動から下降運動へ
急激に変化し、上記のような問題が生じ易い。

【００５４】そこで、本実施の形態によれば、前述した
ように、揺動支点として機能するローラ４２ａ、４２ｂ
の移動方向を規定する案内溝４６ａ、４６ｂは、水平方
向Ｈに対して所定角度θだけ下方に傾斜しているととも
に、つまり、車軸３０側の端の方が低くなるように傾斜
しているとともに、車軸３０を通る方向Ａに沿って延
び、ローラ４２ａ、４２ｂを方向Ａに沿って案内する。
この所定角度θは、約５〜４５度、望ましくは、１０〜
２０度の範囲に設定され、本実施の形態では約１５度に
設定されている。

【００５５】このように、ローラ４２ａ、４２ｂの移動
方向を水平方向に対して下方へ傾けることにより、ペダ
ル４０ａ、４０ｂの移動軌跡Ｘの編曲点部分、つまり、
ペダルが上昇移動から下降移動に変化する上死点Ｂ部分
に見かけ上の幅を持たせている。同時に、ペダル４０
ａ、４０ｂの下降移動時と上昇移動時とで角度の変化率
を相違させ、足を持ち上げる上昇移動は緩やかな角度
で、上死点では停止感があり、かつ、足を押し下げる下
降移動は急激な角度を持たせ、上昇移動と下降移動との
変化が明確となるように構成している。

【００５６】すなわち、図５（ｂ）に示すように、上死
点Ｂ付近において、上死点Ｂを通る垂線Ｚと、自転車を
前進させるための上死点Ｂから下死点Ｃに向かう時計方
向（前回転方向）の移動軌跡の接線ｂと、のなす角度を
Ｄ、逆踏み方向、つまり、上死点Ｂから下死点Ｃに向か
う反時計方向（後回転方向）の移動軌跡の接線ｃと垂線
Ｚとのなす角度をＥ、とした場合、ペダル４０ａ、４０
ｂの移動軌跡Ｘは、角度Ｄ＜角度Ｅとなるように設定さ
れている。角度Ｄと角度Ｅとの差は、１０度以上である
ことが望ましい。

【００５７】例えば、ペダルアーム３８ａ、３８ｂにお
いて、ペダル４０ａ、４０ｂからクランクピン３６ａ、
３６ｂまでの長さを４００ｍｍ、クランクピンからロー
ラ４２ａ、４２ｂまでの長さを１１５ｍｍ、案内溝４６
ａ、４６ｂの傾斜角度θを１７度、車軸に対するクラン
クピンの偏心距離を３５ｍｍとした場合、角度Ｄ＝３０
度、角度Ｅ＝４８度となる。

【００５８】これにより、ペダル４０ａ、４０ｂが上死
点から下降動作を開始する部分を明確に感知し、ペダル
の逆踏みを防止可能となり、自転車の操作性向上を実現
することができる。

【００５９】また、本実施の形態によれば、図５（ｂ）
に示すように、ぺダルアーム３８ａは、ペダル４０ａが
移動軌跡Ｘの上死点Ｂに位置した状態において、ペダル
４０ａとクランクピン３６ａとを結ぶ線Ｆがほぼ水平と
なるように構成されている。例えば、ペダル４０ａが上
死点Ｂに位置した状態において、線Ｆと水平方向Ｈとの
なす角度βは、０±１５度の範囲に設定されている。な
お、ペダルアーム３８ｂも同様に構成されている。

【００６０】このように、上死点Ｂにおいてペダルアー
ムがほぼ水平となるように構成することにより、ペダル
の移動軌跡は、上がり勾配が緩やかで、下り勾配が急と
なるため、ペダル４０ａ、４０ｂが上死点から下降動作
を開始する部分の感知が容易となる。

【００６１】また、ローラ４２ａ、４２ｂの移動方向を
水平方向に対して下方に傾けた場合、ペダルの移動位置
が０度に達する以前から、後輪の推進力を発生させるこ
とができ、従来の自転車に比較して約１０％の効率向上
を図ることができる。

【００６２】図６は、上述した本実施の形態に係る自転
車において角度θを７度および１５度に設定した場合
と、従来の自転車とについて、ペダルの角度位置と水平
方向移動量との関係を比較して示している。

【００６３】図に示すように、例えば、θ＝７度の場
合、３３０度点から０度点および３０度点を見ると、３
３０度点の方が３０度点よりも上にきている。つまり、
３３０度点の接線角よりも、３０度点の接線角のほうが
急となっている。これは、同様に、３００度点は、６０
度点よりも接線角が緩やかであることを示している。僅
かな角度θでも、足の上昇方向への接線角度が変化する
ことになり、踏込み力を入れ易い構造となる。

【００６４】また、θ＝０度の場合、ペダルは０度から
ほぼ９０度付近まで水平方向前方への移動成分を含んで
いるのに対して、θ＝７度、１５度の場合、ペダルの水
平方向前方への移動成分は０度から６０度までの範囲に
のみ含まれる。このことから、θ＝７度および１５度の
場合、θ＝０度に比較してペダルの水平方向への移動ロ
スが少なく、０度から１８０度までのほぼ全範囲踏込み
可能となり、ペダルを踏み込み易くかつ効率良く踏込み
力を利用できることが分かる。

【００６５】更に、θ＝７度、１５度の場合、１８０度
から３６０度の範囲においてペダルの水平移動量は緩や
かに変化し、足を上げるときには斜めにさっと上げれば
よく、また、０度の編曲点付近では、立上がり部分が一
様に上がるため、時間的にも上死点に上がる感覚が分か
り易く、同時に、上死点から下降動作を開始する部分も
明確に感知することができる。

【００６６】そして、前述したように、本実施の形態に
係る自転車によれば、種々の点で効率向上を図ることが
でき、全体として、１．２×１．２×１．４５×１．１
＝２．２９７となり、従来の自転車に比較して約２倍以
上の効率向上を図ることができる。なお、和をとった場
合でも、２０％＋２０％＋４５％＋１０％＝９５％とな
り、従来の自転車に比較して約２倍の効率向上を得るこ
とができる。

【００６７】なお、上述した実施の形態において、揺動
支点を構成するローラ４２ａ、４２ｂを案内する案内部
材４４ａ、４４ｂは、後輪支持フレーム２８ａ、２８ｂ
に対して強固に固定する構成としたが、必要に応じて角
度調整可能な構成としてもよい。この場合、自転車の使
用環境に応じて、ローラ４２ａ、４２ｂの移動方向Ａ、
つまり、角度θを任意に調整可能となる。

【００６８】次に、図７を参照して、この発明の他の実
施の形態に係る自転車の要部について説明する。この実
施の形態によれば、ギア機構５０として、多段化可能な
２段ギア機構を備えている。なお、他の構成は、前述し
た実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の参照
符号を付してその詳細な説明を省略する。

【００６９】本実施の形態におけるギア機構５０によれ
ば、一方、例えば、右側の連結リング３２ａの後輪支持
フレーム２８ａ側の端部外周には、第１ギア６０が形成
されている。また、後輪支持フレーム２８ａに固定され
た枢軸６１には、第１ギア６０と歯合した小径の第２ギ
ア６２が回転自在に取り付けられている。第２ギア６２
には、これと一体的に回転する大径の第３ギア６４が嵌
合固定されている。そして、これらの第１ないし第３ギ
ア６０、６２、６４は、後輪支持フレーム２８ａの外面
側に設けられ、いわゆる外付けとなっているとともに、
後輪支持フレームにねじ止めされたカバー６６によって
保護されている。

【００７０】また、後輪１２の車軸３０において、連結
リング３２ａ側の端部外周には、ベアリング６８を介し
て第４ギア７０が回転自在に取り付けられている。第４
ギア７０の一端部は第３ギア６４に歯合しているととも
に、他端部は、ワンウェイクラッチ７１を介して後輪１
２のハブ１２ａの内周面に接続されている。

【００７１】上記のように構成された自転車によれば、
ペダルアームを交互に踏込むと、連結リング３２ａ、３
２ｂおよび車軸３０が時計方向に回転駆動される。連結
リング３２ａの回転は、この連結リングに形成された第
１ギア６０ａを介して第２および第３ギア６２、６４に
伝達され、これらのギアを反時計方向に回転駆動する。

【００７２】更に、この回転は、第３ギア６４によって
増速された状態で第４ギア７０に伝達され、第４ギアを
時計方向に回転駆動する。それにより、ワンウェイクラ
ッチ７１を介してハブ１２ａが時計方向、つまり、前進
方向に回転駆動される。

【００７３】上記構成の自転車によれば、前述した実施
の形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、
外付けの多段ギア機構５０を用いることにより、ハブ内
蔵型のギア機構を用いた場合に比較して、構成の簡略
化、保守点検の容易化、製造コストの低減を図ることが
できる。更に、変速機構を容易に組合わせることがで
き、一層の多段化が可能となる。

【００７４】また、ペダルアーム３８ａ、３８ｂからの
入力は、連結リング３２ａ、３２ｂによって位相合わせ
した後に車軸３０で合成され、多段ギア機構５０により
増速され、ワンウェイクラッチ７１を介して後輪１２に
伝えられる構成であることから、ギア機構に直接大きな
負荷が掛からず、ギア機構の薄型化、軽量化を図ること
ができる。

【００７５】次に、図８および図９を参照して、この発
明の更に他の実施の形態に係る自転車の要部について説
明する。この実施の形態によれば、上述した他の実施の
形態と同様に２段ギア機構５０を備えているとともに、
更に、自転車の走行をアシストするアシストモータ８０
を備えている。なお、他の構成は、前述した実施の形態
と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付して
その詳細な説明を省略する。

【００７６】本実施の形態における自転車によれば、後
輪の車軸３０において、右側の端部に前述した２段ギア
機構５０が設けられ、左側の端部にアシストモータ８０
が設けられている。このアシストモータは円盤状のアウ
タロータ８２を備え、このアウタロータは、連結リング
に代わって、車軸３０の一端に同軸的に固定され、後輪
支持フレーム２８ａとペダルアーム３８ｂとの間に位置
している。

【００７７】アウタロータ８２にはクランクピン３６ｂ
が固定され車軸３０に対し偏心して位置している。そし
て、このクランクピン３６ｂは、ベアリング３７ｂを介
して、ペダルアーム３８ｂの作用点に回転自在に連結さ
れている。

【００７８】また、アシストモータ８０は、複数のコア
８４および各コアに巻回された駆動コイル８６を有する
環状のステータ８７を備えている。このステータ８７
は、後輪支持フレーム２８ｂの外面に固定され、車軸３
０と同軸的に位置しているとともに、アウタロータ８２
の内面と所定の隙間を置いて対向している。

【００７９】更に、本自転車は、アシストモータ８０の
駆動コイル８６に電流を供給するための図示しない充電
可能なバッテリを備え、このバッテリは、フレーム１０
の所望位置に脱着自在に取付けられている。

【００８０】上記のように構成された自転車によれば、
前述した複数の実施の形態と同様の作用効果を得ること
ができるとともに、必要に応じてアシストモータを適時
駆動することにより、一層容易に大きな推進力を得るこ
とができ、坂道等においても楽に自転車を走行させるこ
とができる。

【００８１】次に、図１０（ａ）および図１１を参照し
て、この発明の更に他の実施の形態に係る自転車の要部
について説明する。前述した実施の形態において、ペダ
ルアームは、その力点、作用点、支点が直線上に並んで
位置するように構成されているが、この実施の形態によ
れば、各ペダルアームは、その揺動支点側が力点側に対
して所定角度θだけ傾斜するように屈曲して形成されて
いる。

【００８２】すなわち、本実施の形態における自転車に
よれば、ペダルアーム３８ａは、ローラ４２ａの設けら
れている揺動支点とクランクピン３６ａが設けられてい
る作用点とを通って延びる直線Ｇが、ペダル４０ａが設
けられている力点と作用点とを通って延びる直線Ｆに対
して所定角度θ、つまり、約５〜４５度、望ましくは１
０〜２０度だけ上方に傾斜するように屈曲して形成され
ている。

【００８３】また、案内部材４４ａの案内溝４６ａは、
は、水平方向Ｈに対して所定角度θだけ下方に傾斜して
いるとともに、つまり、車軸３０側の端の方が低くなる
ように傾斜しているとともに、車軸３０に対して上方へ
所定距離ｅだけ偏心した位置を通る方向Ａに沿って延
び、ローラ４２ａを方向Ａに沿って案内する。この所定
角度θは、約５〜４５度、望ましくは、１０〜２０度の
範囲に設定される。

【００８４】そして、この所定角度θは、ペダルアーム
３８ａの長さ、ペダル４０ａの最下位置（下死点）から
地表面までの距離、車軸３０に対するクランクピン３６
ａ等を考慮して、上記範囲内に設定する。本実施の形態
では約３０度に設定されている。他方のペダルアーム３
８ｂも同様に構成されている。他の構成は、前述した実
施の形態と同一であり、その詳細な説明は省略する。

【００８５】このように構成された自転車によれば、前
述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができ
る。同時に、ペダルアーム３８ａ、３８ｂの揺動支点側
を所定角度θだけ屈曲することより、ペダル４０ａ、４
０ｂの踏み幅、つまり、ペダルの上死点と下死点との距
離、を十分に長くした場合でも、下死点におけるペダル
と地表面との距離を十分に確保することができる。加え
て、案内部材４４ａ、４４ｂによって規定された案内溝
を車軸３０に対して任意の偏心距離ｅだけ偏心させるこ
とにより、ペダルアーム３８ａ、３８ｂを上記のように
屈曲させた場合でも、ペダルの上死点において、ペダル
アームの力点、作用点間の部分をほぼ水平に維持するこ
とができ、最も漕ぎ易い自転車を提供することができ
る。

【００８６】一方、図１０（ｂ）および図１２に示す更
に他の実施の形態によれば、ペダルアーム３８ａ、３８
ｂの各々は、上記他の実施の形態と同様に、揺動支点側
を所定角度θ屈曲して形成されされているとともに偏心
クランク９０を有し、その作用点は、偏心クランク９０
を介してクランクピン３６ａ、３６ｂに連結されてい
る。その他の構成は前述した実施の形態と同様である。

【００８７】このような構成によれば、上記他の実施の
形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、偏
心クランク９０を用いることにより、ペダルアームとク
ランクピンとの間に作用する機械的応力を大幅に低減
し、自転車の耐久性および信頼性を大幅に向上すること
が可能となる。

【００８８】なお、図１０ないし図１２に示した実施の
形態において、案内部材によって規定された案内溝は、
車軸３０に対して所定距離偏心した位置を通る構成とし
たが、図１３および図１４に示すように、車軸３０上を
通る方向Ａに沿って延びた構成としてもよく、この場合
でも、ペダルの踏み幅を十分に長くし、かつ、下死点に
おけるペダルと地表面との距離を十分に確保することが
できる。また、図１０ないし図１４に示した実施の形態
においても、図７に示した多段ギア機構や、図８および
図９に示したアシストモータのいずれか、あるいは両方
を組合わせて用いてもよい。

【００８９】この発明は上述した実施の形態に限定され
ることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。
例えば、上述した実施の形態では、ペダルアームの揺動
支点を案内する案内部材４４ａ、４４ｂの案内方向Ａを
水平方向Ｈに対して所定角度θだけ下方に傾斜させる構
成としたが、これに限らず、案内方向Ａを水平方向Ｈと
一致させ、各ペダルアームをその力点側が揺動支点側に
対して所定角度θだけ傾斜するように構成してもよい。

【００９０】すなわち、図１５に示す実施の形態によれ
ば、ペダルアーム３８ａは、クランクピン３６ａが設け
られている作用点とペダル４０ａが設けられている力点
とを通って延びる直線Ｆが、ローラ４２ａの設けられて
いる揺動支点と作用点とを通って延びる直線Ｇに対して
所定角度θ、つまり、約５〜４５度、望ましくは１０〜
２０度だけ下方に傾斜するように屈曲して形成されてい
る。また、案内部材４４ａは、ローラの案内方向がほぼ
水平方向と一致するように設けられている。他方のペダ
ルアーム３８ｂも同様に構成されている。他の構成は、
前述した実施の形態と同一であり、その詳細な説明は省
略する。

【００９１】このように構成された自転車においても、
前述した実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることが
できる。なお、各ペダルアームの上記作用点と力点との
間の部分は、図１５に示したような直線状に限らず、湾
曲して延びていてもよい。

【００９２】また、図１５に示す実施の形態において、
案内部材４４ａ、４４ｂによって規定された案内溝４６
ａ、４６ｂは、水平に延びているとともに車軸３０を通
る方向に沿って延びた構成としたが、図１６に示すよう
に、案内部材４４ａ、４４ｂは、案内溝４６ａ、４６ｂ
の延出方向Ａが水平方向に対して上方へ所定角度θだけ
下方へ傾斜するとともに、車軸３０に対して所定距離ｅ
だけ下方に偏心した位置を通る構成としてもよい。この
場合でも、ペダルの踏み幅を十分に長くし、かつ、下死
点におけるペダルと地表面との距離を十分に確保するこ
とができる。

【００９３】なお、図１６に示す実施の形態において、
他の構成は図１５に示した実施の形態と同一であり、そ
の詳細な説明は省略する。

【００９４】また、上述した実施の形態では、前輪１１
および後輪１２は、互いに等しい直径に設定されている
が、必要に応じて互いに異なる直径としてもよい。図１
７（ａ）に示す実施の形態によれば、後輪１２は前輪１
１よりも十分に大きな直径に形成されている。

【００９５】また、前述した実施の形態では、揺動支点
型のてこ機構により後輪側の車軸３０を駆動する構成と
したが、図１７（ｂ）に示すように、前輪側の車軸１１
ａを駆動する構成としてもよい。

【００９６】更に、上記実施の形態では、一対のペダル
をそれぞれ時計方向に回転駆動する構成としたが、ギア
列を組み替えることにより、反時計方向に回転駆動する
構成としてもよく、この場合においても、前述した実施
の形態と同様の作用効果を得ることができる。

【００９７】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、チェーンを用いずに高い効率で人間の力を利用でき
るとともに、従来の自転車と同様に容易に運転操作する
ことができ、安全、軽量な揺動支点型てこ機構を用いた
自転車を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係る自転車全体を示す
側面図。

【図２】上記自転車の後輪の駆動部を示す平面図。

【図３】上記後輪の駆動部を拡大して示す断面図。

【図４】上記後輪駆動部の側面図。

【図５】従来の自転車、および図１ないし図４に示す本
実施の形態に係る自転車における発生トルクの説明図。

【図６】本実施の形態に係る自転車におけるペダルの回
転位置と水平移動量との関係を示すグラフ。

【図７】この発明の他の実施の形態に係る自転車の後輪
駆動部を示す断面図およびギア機構の側面図。

【図８】この発明の更に他の実施の形態に係る自転車の
後輪駆動部を示す断面図。

【図９】上記更に他の実施の形態に係る自転車の後輪駆
動部の側面図およびアシストモータの断面図。

【図１０】この発明の他の実施の形態に係る自転車のペ
ダルアームをそれぞれ示す側面図。

【図１１】この発明の他の実施の形態に係る自転車の要
部を示す側面図。

【図１２】この発明の他の実施の形態に係る自転車の要
部を示す側面図。

【図１３】この発明の更に他の実施の形態に係る自転車
の要部を示す側面図。

【図１４】この発明の更に他の実施の形態に係る自転車
の要部を示す側面図。

【図１５】この発明の他の実施の形態に係る自転車の要
部を示す側面図。

【図１６】この発明の他の実施の形態に係る自転車の要
部を示す側面図。

【図１７】この発明に係る自転車の変形例を概略的に示
す側面図。

【符号の説明】

１０…フレーム １１…前輪 １２…後輪 １２ａ…ハブ １１ａ、３０…車軸 ２２…ハンドル ２５…サドル ２８ａ、２８ｂ…後輪支持フレーム ３２ａ、３２ｂ…連結リング ３６ａ、３６ｂ…クランクピン ３８ａ、３８ｂ…ペダルアーム ４０ａ、４０ｂ…ペダル ４２ａ、４２ｂ…ローラ ４４ａ、４４ｂ…案内部材 ４６、４６ｂ…案内溝 ５０…ギア機構 ６０…第１ギア ６２…第２ギア ６４…第３ギア ７０…第４ギア ８０…アシストモータ ８２…アウタロータ ８４…コア ８６…駆動コイル ８７…ステータ ９０…偏心クランク

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハンドルおよびサドルが取り付けられたフ
   レームと、 上記フレームの前後にそれぞれ回転自在に設けられた第
   １および第２車軸により回転自在に支持された第１およ
   び第２車輪と、 上記第１および第２車軸の一方の車軸の両端部に、上記
   車軸の回転方向に関して互いに１８０度の位相差を持っ
   てそれぞれ連結された第１、第２クランク装置と、 それぞれ一端部に力点、他端部に支点、および力点と支
   点との間に作用点を有しているとともに、それぞれ上記
   作用点が上記第１および第２クランク装置に回転自在に
   連結されたアーム状の第１および第２てこ部材と、 上記第１および第２てこ部材の力点にそれぞれ回転自在
   に取り付けられた第１および第２ペダルと、 上記第１および第２てこ部材の支点にそれぞれ回転自在
   に取り付けられ上記第１および第２てこ部材の揺動支点
   を構成した第１および第２支持部材と、 上記一方の車軸の両端部近傍でそれぞれ上記フレームに
   固定され、それぞれ水平方向に対して約５〜４５度だけ
   下方に傾斜しているとともに上記一方の車軸を通る案内
   方向に延び、上記第１および第２支持部材を上記案内方
   向に沿って移動自在に支持した第１および第２案内部材
   と、を備え、 上記第１および第２ペダルを交互に踏むことにより、上
   記第１および第２クランク装置を介して上記一方の車軸
   を回転駆動し、 上記第１および第２ペダルの各々は、上死点および下死
   点を持ったほぼ偏平な非線形楕円状の移動軌跡を有し、
   上死点付近において、各ペダルの前回転方向の移動軌跡
   の接線と、上記上死点を通る垂線とのなす角度が、各ペ
   ダルの後回転方向の移動軌跡の接線と、上記垂線とのな
   す角度よりも小さいことを特徴とする自転車。
2. 【請求項２】上記第１および第１案内部材は、上記案内
   方向に沿って延びる案内溝を備え、 上記第１および第２支持部材は、上記案内溝内に転動自
   在にかつ上記案内方向に沿って往復移動自在に支持され
   ているとともに上記第１および第２てこ部材に回転自在
   に取り付けられたローラをそれぞれ備えていることを特
   徴とする請求項１に記載の自転車
3. 【請求項３】上記第１および第２案内部材は、上記フレ
   ームに対して、上記案内方向の角度を調整可能に取り付
   けられていることを特徴とする請求項２に記載の自転
   車。
4. 【請求項４】上記案内方向は、水平方向に対して１０〜
   ２０度傾斜していることを特徴とする請求項１ないし３
   のいずれか１項に記載の自転車。
5. 【請求項５】ハンドルおよびサドルが取り付けられたフ
   レームと、 上記フレームの前後にそれぞれ回転自在に設けられた第
   １および第２車軸により回転自在に支持された第１およ
   び第２車輪と、 上記第１および第２車軸の一方の車軸の両端部に、上記
   車軸の回転方向に関して互いに１８０度の位相差を持っ
   てそれぞれ連結された第１、第２クランク装置と、 それぞれ一端部に力点、他端部に支点、および力点と支
   点との間に作用点を有しているとともに、それぞれ上記
   作用点が上記第１および第２クランク装置に回転自在に
   連結されたアーム状の第１および第２てこ部材と、 上記第１および第２てこ部材の力点にそれぞれ回転自在
   に取り付けられた第１および第２ペダルと、 上記第１および第２てこ部材の支点にそれぞれ回転自在
   に取り付けられ上記第１および第２てこ部材の揺動支点
   を構成した第１および第２支持部材と、 上記一方の車軸の両端部近傍でそれぞれ上記フレームに
   固定され、それぞれ水平方向に対して約５〜４５度だけ
   下方に傾斜した案内方向に延び、上記第１および第２支
   持部材を上記案内方向に沿って移動自在に支持した第１
   および第２案内部材と、を備え、 上記第１および第２てこ部材の各々は、上記作用点と上
   記揺動支点とを通って延びる直線が上記作用点と上記力
   点とを通って延びる直線に対して約５〜４５度だけ上方
   に傾斜するように形成され、 上記第１および第２ペダルを交互に踏むことにより、上
   記第１および第２クランク装置を介して上記一方の車軸
   を回転駆動することを特徴とする自転車。
6. 【請求項６】上記第１および第２ペダルの各々は、上死
   点および下死点を持ったほぼ偏平な非線形楕円状の移動
   軌跡を有し、上死点付近において、各ペダルの前回転方
   向の移動軌跡の接線と、上記上死点を通る垂線とのなす
   角度が、各ペダルの後回転方向の移動軌跡の接線と、上
   記垂線とのなす角度よりも小さいことを特徴とする請求
   項５に記載の自転車。
7. 【請求項７】上記第１および第２案内部材の各々は、上
   記案内方向が上記一方の車軸を通るように設けられてい
   ることを特徴とする請求項５又は６に記載の自転車。
8. 【請求項８】上記第１および第２案内部材の各々は、上
   記案内方向が上記一方の車軸に対して上方に所定距離偏
   心した位置を通るように設けられていることを特徴とす
   る請求項５又は６に記載の自転車。
9. 【請求項９】上記第１および第２てこ部材は、上記第１
   および第２クランク装置に接続された偏心クランクをそ
   れぞれ備えていることを特徴とする請求項５ないし８の
   いずれか１項に記載の自転車。
10. 【請求項１０】ハンドルおよびサドルが取り付けられた
    フレームと、 上記フレームの前後にそれぞれ回転自在に設けられた第
    １および第２車軸により回転自在に支持された第１およ
    び第２車輪と、 上記第１および第２車軸の一方の車軸の両端部に、上記
    車軸の回転方向に関して互いに１８０度の位相差を持っ
    てそれぞれ連結された第１、第２クランク装置と、 それぞれ一端部に力点、他端部に支点、および力点と支
    点との間に作用点を有しているとともに、それぞれ上記
    作用点が上記第１および第２クランク装置に回転自在に
    連結されたアーム状の第１および第２てこ部材と、 上記第１および第２てこ部材の力点にそれぞれ回転自在
    に取り付けられた第１および第２ペダルと、 上記第１および第２てこ部材の支点にそれぞれ回転自在
    に取り付けられ上記第１および第２てこ部材の揺動支点
    を構成した第１および第２支持部材と、 上記一方の車軸の両端部近傍でそれぞれ上記フレームに
    固定され、それぞれ上記一方の車軸を通るほぼ水平な案
    内方向に延び、上記第１および第２支持部材を上記案内
    方向に沿って移動自在に支持した第１および第２案内部
    材と、を備え、 上記第１および第２てこ部材の各々は、上記作用点と上
    記力点とを通って延びる直線が上記作用点と上記揺動支
    点とを通って延びる直線に対して約５〜４５度だけ下方
    に傾斜するように形成され、 上記第１および第２ペダルを交互に踏むことにより、上
    記第１および第２クランク装置を介して上記一方の車軸
    を回転駆動することを特徴とする自転車。
11. 【請求項１１】ハンドルおよびサドルが取り付けられた
    フレームと、 上記フレームの前後にそれぞれ回転自在に設けられた第
    １および第２車軸により回転自在に支持された第１およ
    び第２車輪と、 上記第１および第２車軸の一方の車軸の両端部に、上記
    車軸の回転方向に関して互いに１８０度の位相差を持っ
    てそれぞれ連結された第１、第２クランク装置と、 それぞれ一端部に力点、他端部に支点、および力点と支
    点との間に作用点を有しているとともに、それぞれ上記
    作用点が上記第１および第２クランク装置に回転自在に
    連結されたアーム状の第１および第２てこ部材と、 上記第１および第２てこ部材の力点にそれぞれ回転自在
    に取り付けられた第１および第２ペダルと、 上記第１および第２てこ部材の支点にそれぞれ回転自在
    に取り付けられ上記第１および第２てこ部材の揺動支点
    を構成した第１および第２支持部材と、 上記一方の車軸の両端部近傍でそれぞれ上記フレームに
    固定され、それぞれ水平方向に対して約５〜４５度だけ
    下方に傾斜した案内方向に延び、上記第１および第２支
    持部材を上記案内方向に沿って移動自在に支持した第１
    および第２案内部材と、を備え、 上記第１および第２てこ部材の各々は、上記作用点と上
    記力点とを通って延びる直線が上記作用点と上記揺動支
    点とを通って延びる直線に対して約５〜４５度だけ下方
    に傾斜するように形成され、 上記第１および第２ペダルを交互に踏むことにより、上
    記第１および第２クランク装置を介して上記一方の車軸
    を回転駆動することを特徴とする自転車。
12. 【請求項１２】上記第１および第２ペダルの各々は、上
    死点および下死点を持ったほぼ偏平な非線形楕円状の移
    動軌跡を有し、上死点付近において、各ペダルの前回転
    方向の移動軌跡の接線と、上記上死点を通る垂線とのな
    す角度が、各ペダルの後回転方向の移動軌跡の接線と、
    上記垂線とのなす角度よりも小さいことを特徴とする請
    求項１１に記載の自転車。
13. 【請求項１３】上記第１および第２案内部材の各々は、
    上記案内方向が上記一方の車軸に対して下方に所定距離
    偏心した位置を通るように設けられていることを特徴と
    する請求項１１又は１２に記載の自転車。
14. 【請求項１４】上記第１および第２てこ部材は、上記作
    用点と上記力点とを通って延びる直線が上記作用点と上
    記揺動支点とを通って延びる直線に対して約１０〜２０
    度だけ下方に傾斜するように形成されていることを特徴
    とする請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の自
    転車。
15. 【請求項１５】上記第１および第２てこ部材の各々にお
    いて、上記支点と作用点との距離は８０〜１５０ｍｍ、
    上記作用点と力点との距離は２００〜４００ｍｍに設定
    されていることを特徴とする請求項１ないし１４のいず
    れか１項に記載の自転車。
16. 【請求項１６】上記一方の車軸と上記サドルの中心との
    間の水平方向距離は、約１００ｍｍ以内に設定されてい
    ることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項
    に記載の自転車。
17. 【請求項１７】上記第１および第２車輪は、上記第１お
    よび第２車軸の外周に回転自在に支持されたハブをそれ
    ぞれ有し、 上記一方の車軸の回転を増速して上記ハブに伝達するギ
    ア機構が設けられ、 上記ギア機構は、上記第１および第２クランク装置の一
    方に設けられた第１ギアと、上記フレームに回転自在に
    支持され上記ハブの外側に設けられているととに、上記
    第１ギアに歯合した第２ギアと、第２ギアと一体的に回
    転可能に設けられ第２キアよりも大径の第３ギアと、上
    記一方の車軸に回転自在に支持され上記第３ギアと歯合
    ているとともに、ワンウェイクラッチを介して上記ハブ
    の内周面に接続された第４ギアと、を備えていることを
    特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の
    自転車。
18. 【請求項１８】上記第１および第２クランク装置は、上
    記一方の車軸の両端にそれぞれ取り付けられた連結リン
    グと、連結リングから上記一方の車軸の径方向に延出し
    た延出部と、上記延出部に取り付けられ上記一方の車軸
    と平行に延びているとともに上記てこ部材の作用点に回
    転自在に接続されたクランクピンと、をそれぞれ備え、 上記ギア機構の第１ギアは、上記一方のクランク装置の
    連結リングに形成されていることを特徴とする請求項１
    ７に記載の自転車。
19. 【請求項１９】上記一方の車軸に同軸的に取り付けられ
    たロータと、上記フレームに固定されているとともに上
    記ロータと同軸的に対向配置されたステータと、を有
    し、上記一方の車軸の回転を補助するアシストモータを
    備えていることを特徴とする請求項１ないし１８のいず
    れか１項に記載の自転車。
20. 【請求項２０】上記第１および第２クランク装置の一方
    は、上記車軸に対し偏心して上記ロータに固定されてい
    るとともに上記第１および第２てこ部材の一方の作用点
    に回転自在に接続されたクランクピンを備えていること
    を特徴とする請求項１９に記載の自転車。