JP2006159919A - クランク装置とそれを備えた乗り物用クランクペダル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ペダルが上死点と下死点に位置する場合には、これらの各点が思案点（死点）となってしまい、ペダルを踏み込む力が大きくなり、自転車の運転が困難になる問題があった。また、ペダルをこぐときの体重移動を少なくしてふらつきを抑制する。
【解決手段】内転歯車５が上死点近傍にある場合には、内転歯車５に設けられる入力手段（ペダル）１０の取り付け軸１１の位置を、常に内転歯車５と、クランク軸３との各中心を結ぶ線Ｌ上に存在しないようにオフセット配置するように形成することで、ペダル１０を上下方向に往復運動させ、内転歯車５を、内歯歯車との接触点を支点とする梃子の作用で内歯歯車６に噛合させながら転動させ、これにより、ペダルの上下方向の往復運動をクランク軸３の回転駆動に変換して、回転力取り出し手段（スプロケット）７から外部に回転力を取り出すようにする。
【選択図】 図１
【解決手段】内転歯車５が上死点近傍にある場合には、内転歯車５に設けられる入力手段（ペダル）１０の取り付け軸１１の位置を、常に内転歯車５と、クランク軸３との各中心を結ぶ線Ｌ上に存在しないようにオフセット配置するように形成することで、ペダル１０を上下方向に往復運動させ、内転歯車５を、内歯歯車との接触点を支点とする梃子の作用で内歯歯車６に噛合させながら転動させ、これにより、ペダルの上下方向の往復運動をクランク軸３の回転駆動に変換して、回転力取り出し手段（スプロケット）７から外部に回転力を取り出すようにする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランク腕に内転歯車を軸支し、その内転歯車に設けられた入力手段（ペダル）の上下方向への往復運動を、クランク腕を回転させる回転運動に転換して、ベベルギヤとドライブシャフトでなるシャフトドライブシステムやチェーンスプロケットシステム等でなる回転力取り出し手段から回転駆動力を取り出すようにしたクランク装置と、それを備えた乗り物用ペダルクランク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自転車に設けられたクランクペダル装置は、ペダルを下死点に向けて踏み込む回転運動を、クランク腕を介してクランク軸を回転させる回転運動に転換し、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により後輪のスプロケットを回転することにより、後輪を駆動するようにしている。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、体重を移動させてペダルを踏み込むため、ハンドルがふらつき、不安定な走行をするようになると共に、クランク装置の動力伝達効率を損ねる問題があった。このような問題に鑑みて、例えば、実公平２−４４６２８号公報の技術が知られている。この公報に記載された自転車のペダルクランク装置は、クランク軸に固定したスプロケットの上にも別のスプロケットを設け、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に係脱するようにして取り付け、ペダルを上から下方向に踏む込む動作を繰り返すことで後輪に駆動力を伝達し、走行できるようにしているものである。
【０００３】
ところが、上記のペダルクランク装置を備えた自転車であっても、ペダルの取り付け位置と、スプロケットの回転軸心との間に存する距離が、梃子の腕として機能するため、ペダルの踏み込み力によるモーメントが作用し、結果として体重移動による自転車のふらつき現象が生じてしまう。
【０００４】
そこで、本出願人は、このようなふらつき現象を生じないペダルクランク装置として、特開平９−４９５１８号公報に記載の技術を開発した。この公報に記載のものは、クランクに係るものであるが、これを自転車本体に応用した場合には、次のような構成を有するものとなるものである。すなわち、自転車本体に内歯歯車を取り付け、この内歯歯車に、内接して転動する内転歯車を、クランク腕に回転自在に取り付け、内転歯車にペダルを取り付け軸（クランクピンに相当する軸）を介して設けたものである。さらに、内転歯車と内歯歯車の歯数比を、内転歯車が、内歯歯車を転動しながら上死点から下死点を超えて再び上死点に一周するときに１回転するように設定している。ペダルを上死点から下死点近傍へ略上下方向に踏み込む動作を繰り返すことにより、内転歯車が回転され、クランク腕が連動してクランク軸を回転させる。これにより、クランク軸に固定されたスプロケットを回転駆動して自転車を走行することができるようにしたものである。
【０００５】
【特許文献１】
実公平２−４４６２８号公報
【特許文献２】
特開平９−４９５１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平９−４９５１８号公報のものにあっては、クランクピンに相当するペダルの取り付け軸と、内転歯車の回転中心と、内歯歯車の回転中心に位置するクランク軸の中心とが上下に一直線上になって並ぶため、ペダルがクランクの上死点と下死点に位置する場合には、これらの各点が思案点（死点）となってしまい、ペダルを踏み込む力が大きくなり、自転車の運転が困難になる問題があった。そこで、このような問題点を解決するために、内転歯車が上死点近傍にある場合には、内転歯車に設けられる入力手段（ペダル）の取り付け軸の位置を、常に内転歯車と、クランク軸との各中心を結ぶ線上に存在しないようにオフセット配置するように形成することで、クランク軸を円滑に回転駆動して回転力を取り出し手段（スプロケット）から外部に取り出すようにしたクランク装置と、それを備えた乗り物用ペダルクランク装置を提供しようとするのが、本発明の目的（課題）である。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明においては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で同一面内において互いに反対方向に屈曲して伸びる各クランク腕に回転自在に設けられた外歯を有する一対の内転歯車、上記固定部材に固定して設けられ、これらの内転歯車に内接するように噛合して上記各内転歯車を転動させる内歯を有する一対の内歯歯車、これらの内転歯車に設けられ、各内転歯車を転動させる一対の入力手段、および上記クランク軸に一体的に設けられ、上記入力手段を介して上記各内転歯車が上記内歯歯車に噛合して転動されることにより上記各クランク腕に伝達された回転力を取り出す回転力取り出し手段を具備すると共に、上記内転歯車と上記内歯歯車との歯数比を、上記内転歯車が上記内歯歯車を転動して１周するときに１回転するように形成され、さらに、クランク腕の回転面に沿う面内において、上記上死点近傍における上記一方の入力手段の入力点が、上記内転歯車の軸心とクランク軸の軸心とを結ぶ線から偏倚した位置に配置されるように形成され、上記各入力手段を上下方向に運動させることにより、上記回転力取り出し手段を回転駆動する構成を採用したことである。
【０００８】
このような構成を採ることにより、本発明においては、軸受け部に回転自在に設けられたクランク軸両側の一対のクランク腕にそれぞれ内転歯車を設け、この内転歯車に内接しながら噛合して転動させる内歯歯車を設け、内転歯車が内歯歯車を１周する間に１回転するような歯数比に設定し、さらに上死点近傍における入力手段から加えられる作動力の入力点が、内転歯車とクランク軸とを結ぶ線から偏倚した位置に配置するように形成されているため、入力手段を上死点近傍から下死点近傍に向かって上下方向に押し下げる運動をさせるとき、内転歯車と内歯歯車との接点を支点とする梃子の作用により、内転歯車が内歯歯車に転動していき、同時にクランク腕を介してクランク軸が回転運動をし、これにより回転力取り出し手段から回転駆動力を外部に取り出すようにすることができる。このため、入力手段を、振れの少ない態様で上下方向に往復運動を行わせることができ、この結果、往復運動による作動力を、効率よく回転運動力に変換できるようになる。
また、回転力取り出し手段を、チェーンや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システムで形成した場合には、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ロスすることなく後輪に伝達することができ、エネルギ伝達効率を向上できるようになる。
【０００９】
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。その特徴とするところは、上記構成に加えて、上記入力手段は、上記内転歯車に傾斜するように設けられた案内部に沿って移動可能に設けられた移動子に取り付けられ、この移動子を介して上記案内部に上記内転歯車を転動させる回転力が伝達される際に、上記移動子は、上記内転歯車の転動位置に関係なく、常に上記偏倚した位置であって、上記案内部のうち最下方近傍に存置されるようにした構成を採ることとしたことである。
【００１０】
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、入力手段の移動子は、例えば、曲線状、楕円状、多角形状、直線状等の形状を有する軌道誘導手段である案内部の偏倚した最下方近傍に常に存置されるため、この移動子が存置される案内部の最下方近傍に、内転歯車と内歯歯車とが噛合して接触する部分（接点）を支点とする梃子の作用により、内転歯車を容易に転動させるようになり、スムーズにクランク軸を回転駆動させることが可能となる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、その基本構成は請求項２記載のものと同じである。その特徴とするとことは、上記案内部を、楕円または多角形状を有する溝またはレール等で形成されて軌道誘導手段で構成したことである。
【００１２】
このような構成を採ることにより、請求項３記載の発明は、請求項２記載のものに加えて、次のような作用を有する。すなわち、入力手段の移動子は、楕円または多角形状の軌道を画くように溝またはレールで形成された軌道誘導手段の最下方近傍に存在するよになっているので、内転歯車が内歯歯車に噛合しながら転動するときに、どのような回転角度にあっても、梃子の作用により常にスムーズに内転歯車を転動させることができ、入力手段の往復運動を円滑に回転運動に変換できるようになる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、その基本構成は請求項２記載のものと同じである。その特徴とするとことは、上記案内部は、略直線状に形成された傾斜溝で形成され、この傾斜溝にばね部材を取り付け、このばね部材により上記移動子を常時上記最下方近傍に存置せしめるようにした構成を採ることとしたことである。
【００１４】
このような構成を採ることにより、請求項４記載の発明は、請求項２記載のものに加えて、次のような作用を有する。すなわち、入力手段の移動子は、傾斜溝で形成された案内部の最下方近傍に存在し、しかも、ばね部材により移動子を常時最下方近傍に強制的に存置させるようにしているため、内転歯車が内歯歯車に対してどのような転動位置にあっても、移動子を傾斜溝の最下方近傍に存在することとなり、内転歯車を確実に転動させることができ、入力手段の上下方向の往復運動を効率的に回転運動に変換できるようになる。
【００１５】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のクランク装置に係り、前記内転歯車と前記内歯歯車との噛合部が外部から露呈しないようにカバーで覆うように形成したことを特徴とする。
【００１６】
この請求項５記載の発明によれば、カバーにより内転歯車と内歯歯車とが全体として覆われているため、例えば、本クランク装置を自転車等の乗り物に搭載した場合には、両歯車の噛合部により衣服や飛び石等が噛み込んだりしてケガをしないようにすることができる。
【００１７】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクランク装置に係り、前記内歯歯車に、前記入力手段を前記上下方向に往復運動させるように規定するガイド手段を設けるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
この請求項６記載の発明によれば、急ブレーキ等によるペダルの大きな移動（変位）を避けることで、ペダルからの足の離脱を防ぐことができるようになるとともに、例えば、自転車等の乗り物にこのクランク装置を搭載した場合には、自転車転倒時に受ける衝撃力により、内歯歯車や内転歯車の歯が切損したりして噛み合わせに不具合を生じる事態を未然に回避することができるようになる。
【００１９】
次に、請求項７の発明について説明する。本発明は、乗り物用ペダルクランク装置であって、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で互いに同一面内において反対方向に屈曲して伸びる各クランク腕に回転自在に設けられた外歯を有する一対の内転歯車、上記乗り物本体に固定して設けられ、これらの内転歯車に内接するように噛合して上記各内転歯車を転動させる内歯を有する一対の内歯歯車、これらの内転歯車に設けられ、各内転歯車を転動させる一対のペダル、および上記クランク軸に一体的に設けられ、上記ペダルを介して上記各内転歯車が上記内歯歯車に噛合して転動されることにより上記各クランク腕に伝達された回転力を取り出すスプロケットを具備すると共に、上記内転歯車と上記内歯歯車の歯数比を、上記内転歯車が上記内歯歯車を転動して１周するときに１回転するように形成し、さらに、クランク腕の回転面に沿う面内において、上記上死点近傍における上記一方のペダルの取り付け軸が、上記内転歯車の軸心とクランク軸の軸心とを結ぶ線から偏倚した位置に配置されるように形成され、上記各ペダルを上下方向に往復運動させることにより、上記スプロケットを回転駆動する構成を採ったことである。
【００２０】
このような構成を採ることにより、本発明においては、例えば、自転車、水上足こぎボート、人力飛行機等といった乗り物のクランク装置に採用され、次のような作用を呈することとなる。すなわち、乗り物本体に回転自在に設けられたクランク軸両側の一対のクランク腕にそれぞれ内転歯車を設け、この内転歯車に内接しながら噛合して転動させる内歯歯車を設け、内転歯車が内歯歯車を１周する間に１回転するような歯数比に設定し、さらに上死点近傍におけるペダルから加えられる作動力の入力点が、内転歯車とクランク軸とを結ぶ線から偏倚した位置に配置するように形成されているため、ペダルを上死点近傍から下死点近傍に向かって上下方向に押し下げる運動をさせるとき、内転歯車と内歯歯車との接点を支点とする梃子の作用により、内転歯車が内歯歯車に転動していき、同時にクランク腕を介してクランク軸が回転運動をし、これによりスプロケットから回転駆動力を外部に取り出すようにすることができるようになる。
【００２１】
次に、請求項８記載の発明を説明する。本発明の構成もその基本的な点は、請求項７記載のものと同じである。すなわち、上記ペダルの取り付け軸は、上記内転歯車に傾斜するように設けられた案内部に沿って移動可能に設けられた取り付け軸に取り付けられ、この取り付け軸を介して上記案内部に上記内転歯車を転動させる回転力が伝達される際に、上記取り付け軸は、上記内転歯車の転動位置に関係なく、常に上記案内部のうち最下方近傍において存置されるようにした構成を採ることとしたことである。
【００２２】
このような構成を採ることにより、本発明は、請求項７記載のものに加えて、次のような作用を有する。すなわち、ペダルの取り付け軸は、例えば、曲線状、楕円状、多角形状、直線状等の形状を有する軌道誘導手段である案内部の偏倚した最下方近傍に常に存置されるため、このペダルの取り付け軸が存置される案内部の最下方近傍に、内転歯車と内歯歯車とが噛合して接触する部分（接点）を支点とする梃子の作用により、内転歯車を容易に転動させるようになり、スムーズにクランク軸を回転駆動させてスプロケットの回転により回転力が取り出されるようになる。
【００２３】
次に、請求項９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、請求項８記載の乗り物用ペダルクランク装置と同じものである。すなわち、上記案内部は、楕円または多角形状を画く溝またはレール等で形成された軌道誘導手段を具備していることを特徴とする。
【００２４】
このような構成を採ることにより、本発明は、請求項８記載のものに加えて、次のような作用を有する。すなわち、ペダルの取り付け軸は、楕円または多角形状の軌道を画くように、例えば溝またはレールで形成された軌道誘導手段の最下方近傍に存在するよになっているので、内転歯車が内歯歯車に噛合しながら転動するときに、どのような回転角度にあっても、梃子の作用により常にスムーズに内転歯車を転動させることができ、ペダルの往復運動を円滑に回転運動に変換でき、従来のように体重移動に伴う動作により乗り物のふらつきを抑制できるようになる。
【００２５】
また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の乗り物用ペダルクランク装置に係り、上記案内部は、略直線状に形成された傾斜溝で形成され、この傾斜溝にばね部材を取り付け、このばね部材により上記ペダルの取り付け軸を常時上記最下方近傍に存置せしめるようにしたことを特徴とする。
【００２６】
このような構成を採ることにより、本発明は、請求項９記載のものに加えて、次のような作用を有する。すなわち、ペダルの取り付け軸は、傾斜溝で形成された案内部の最下方近傍に存在し、しかも、ばね部材により取り付け軸を常時最下方近傍に強制的に存置させるようにしているため、内転歯車が内歯歯車に対してどのような転動位置にあっても、取り付け軸を傾斜溝の最下方近傍に存在することとなり、内転歯車を確実に転動させることができ、ペダルの上下方向の往復運動を効率的に回転運動に変換できるようになる。
【００２７】
また、請求項１１記載の歯車は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の乗り物用ペダルクランク装置に係り、前記内転歯車と前記内歯歯車との噛合部が外部から露呈しないようにカバーで覆うように形成したことを特徴とする。
【００２８】
この請求項１１記載の発明によれば、カバーにより内転歯車と内歯歯車とが全体として覆われているため、自転車等の乗り物に搭載した場合には、両歯車の噛合部により衣服や飛び石等が噛み込んだりしてケガをしないようにすることができる。
【００２９】
また、請求項１２記載の歯車は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の乗り物用ペダルクランク装置に係り、前記内歯歯車に、前記入力手段を前記上下方向に往復運動させるように規定するガイド手段を設けるようにしたことを特徴とする。
【００３０】
この請求項１２記載の発明によれば、急ブレーキ等によるペダルの大きな移動（変位）を避けることで、ペダルからの足の離脱を防ぐことができるようになるとともに、例えば、自転車転倒時に受ける衝撃力により、内歯歯車や内転歯車の歯が切損したりして噛み合わせに不具合を生じる事態を未然に回避することができるようになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１乃至図６に基づいて詳述する。なお、本実施の形態に係るクランク装置を、乗り物の一例として自転車に適用した場合を例に挙げて説明していくこととする。図１は、本実施の形態における自転車のクランク装置の機構の構成の概要を模式的に示した外観斜視図である。以下において、先ず、クランク装置の構成の概要を説明する。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を挟んだ左右両側には、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４があり、これらのクランク腕４に外歯を有する平歯車である内転歯車５がそれぞれ回転自在に設けられている。また、自転車の前後方向に沿う長手方向軸線に対する左右両側に、上記内転歯車５に噛合する内歯歯車６が固定して取り付けられている。これらの内歯歯車６は、上記内転歯車５を噛合しながら転動させるもので、内転歯車５と内歯歯車６との歯数比は、内転歯車５が内歯歯車６を転動しながら１周するときに１回転し終えるような歯数比として、１対２になるように設定されているものである。
【００３２】
軸受け部２近傍のクランク軸３には、このクランク軸３と一体的に回転するようにしてクランク軸の回転力を取り出す原動スプロケット７（回転力取り出し手段）が設けられ、自転車の後輪（図示しない）と同軸に取り付けられた後輪側には従動スプロケット８との間にチェーン９が巻き掛けされて、クランク軸の回転力を取り出してチェーン９を介して後輪側スプロケット８に駆動力を伝達するようになっており、チェーン９が図１の矢印Ａに示す方向に駆動されることで、自転車を前進走行させることができるものである。
【００３３】
また、各内転歯車５の外側には、クランク軸３を駆動させるための入力を作用させる入力手段としてのペダル１０が移動子である取り付け軸１１（ペダル軸）を介して回転自在となるように設けられている。そして、この取り付け軸１１は、後で詳細に説明するように、内転歯車１１の外側に取り付けられた軌道誘導手段の一構成要素である案内部の軌道に係合し、この軌道に沿って誘導（ガイド）されながら移動するように設けられるものである。また、取り付け軸１１が上死点付近にあるときに、その内転歯車５の軸心とクランク軸３の軸心とを結ぶ線に関してペダル軸１１が、案内部において常に偏倚した位置にオフセット配置されるように形成されるものである。
【００３４】
次に、図２〜図６において、上記クランク装置の構造をより具体的に説明していくこととする。すなわち、自転車のフレーム１に固定的に取り付けられた略正方形状のベースプレート１ａ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、クランク軸３としての段差付きの出力軸３が回転自在に挿通されていて、その出力軸３の図２における左側には、左クランク腕４ａがねじ２０により固定され、右側には、右クランク腕４ｂが溶接により溶着されている。なお、左クランク腕４ａは、溶接により溶着するようにしてもよい。これらの左右両クランク腕４ａ，４ｂは、同一面内において互いに反対方向に屈曲して伸びており、出力軸３と一体に回転するようになあっている。
【００３５】
左右の両クランク腕４ａ、４ｂには、軸部材５ｃ、５ｄ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５ｅ，５ｆを介して平歯車としての左内転歯車５ａおよび右内転歯車５ｂが回転自在に支持された状態で取り付けられる。
【００３６】
また、ベースプレート１ａの左右には、ベースプレート１ａと同じ方向に配置され、外形がリング形状を有して平歯の内歯として形成された左内歯歯車６ａおよび右内歯歯車６ｂが、各４本のスペーサ２１ａおよび２１ｂを介して通しボルト２２により固定されている。これら左右の両内歯歯車６ａ，６ｂには、上記した左右の両内転歯車５ａ，５ｂが、それぞれ内接して噛合するようにして組み込まれる。この場合、内転歯車５ａ，５ｂと内歯歯車６ａ，６ｂとの歯数比は、内転歯車５ａ，５ｂが内歯歯車６ａ，６ｂ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となるように形成されているものである。こうして、左内転歯車５ａと右内転歯車５ｂとは、左内歯歯車６ａおよび右６ｂを転動するとき、図３に示されるように、互いに出力軸１に関して点対称となるような位置関係で運動することとなる。
【００３７】
また、左内転歯車５ａおよび右内転歯車５ｂの外側には、外形が楕円形状を有し、且つ、内部に楕円軌道の案内溝を備えた軌道誘導手段３０ａ，３０ｂがねじ３１により固定される。すなわち、軌道誘導手段を、左内転歯車５ａ側に設けられる軌道誘導手段３０ａについてより具体的に説明すると、図４，図５に示されるように、この軌道誘導手段３０ａは、楕円形状の案内溝３２が形成された第１部材３３と、この第１部材３３にビス３４を介して蓋をするようにして設けられた第２部材３５とを有しており、これらの第１部材３３と第２部材３５とで内部に楕円形状の案内溝３２ａが形成されることとなる。そして、この軌道誘導手段３０ａ、３０ｂは、図３に示すように、例えば左内転歯車５ａが上死点近傍にある場合において、左内転歯車５ａに対して自転車車体の後方に向かってやや下降（後傾）するようにしてねじ３１により締結される。
【００３８】
一方、入力手段たる左ペダル１０ａは、移動子である左取り付け軸１１ａに対して回転自在に設けられ、その左取り付け軸１１ａの右端には、上記軌道誘導手段３０ａの案内溝３２ａに係合して案内誘導されるピン部１１ｃが結合されている。
そして、ピン部１１ａは、後傾して左内転歯車５ａに設けられた軌道誘導手段３０ａの案内溝３２ａにはまりこんでいるとき、終始、案内溝３２ａの最下方の位置に存置するように設定されることとなり、しかも、図３、図４に示すように、上死点付近にあるペダル１１ａを踏み込んでこぐ場合の入力点として機能することとなる。また、ピン部１１ｃが、このよう入力点に位置する場合においては、図３に示す内転歯車５ａの軸心Ｐ１と、出力軸（クランク軸）３の軸心Ｐ２とを結ぶ線Ｌ（出力軸３を通る上下方向の中心線）から偏倚した位置にオフセットされている。なお、このオフセット方向は、図３において線Ｌの右方であり、これは自転車の進行する方向に対して後方向にオフセットされていることになるものである。
【００３９】
したがって、図３に示す状態にあるペダルの取り付け軸１１ａに対して、上から下に向かって足の踏み込み力（作動力）が作用した場合には、左内転歯車５ａと左内歯歯車６ａとの噛合部、すなわち、接点が支点となり、この接点とピン部１１ｃとの距離が梃子となり、この梃子の作用により左内転歯車５ａに時計方向の回転を与えると同時に、左内転歯車５ａは、左内歯歯車６ａに噛合しながら矢印Ｂ方向に転動していくこととなる。
【００４０】
他方、右ペダル１０ｂの取り付け軸１１ｂも、左ペダル１０ａと同じようにして、右内転歯車５ｂに左軌道誘導手段３０ａと同じ構造を有する右軌道誘導手段３０ｂの案内溝（図示しない）に係合するようにして取り付けられる。
【００４１】
また、ベースプレート１ａと右内歯歯車６ｂ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７が出力軸３ａと一体回転可能になるように設けられ、チェーン９（図１参照）を巻き掛けして後輪側の従動スプロケットに結合されることとなる。
【００４２】
こうして、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して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２３は軸部材５ｃ、５ｄの軸端に圧入されて各内転歯車５ａ，５ｂを軸部材５ｃ、５ｄに取り付けるためのプッシュナットを示すと共に、原動スプロケット７の図示は省略している。
【００４３】
次に、本実施の形態のクランク装置を備えた自転車のペダルクランク装置の作用を、図７、図８、図９を参照して説明する。図７は、ペダルの取り付け軸１１ａ，１１ｂの軸端に設けられたピン部１１ｃ、１１ｄが、左右各内転歯車５ａ，５ｂに設けた各案内溝３２ａ、３２ｂを、上死点近傍から１５度間隔で１９５度までの間を転動する間における移動軌跡を画いた作用説明図である。なお、図７において、実線で示す左内転歯車５ａの移動軌跡は、左内転歯車５ａを外側から見た状態であり、また、点線は、反対側にある右内転歯車５ｂのピン部１１ｄの移動軌跡を、右内転歯車５ｂの外側から見た状態で示したものである。
【００４４】
自転車のペダル１０ａ，１０ｂに足を載せてペダルをこぐ場合、図８に示すように、上死点付近にある左内転歯車５ａには、取り付け軸１１ａ、すなわちピン部１１ｃから案内溝３２ａを介して、梃子の作用により時計方向に回転（自転）する回転力が作用する。すると、左内転歯車５ａは、左内歯歯車６ａに噛合しながら矢印Ｃ方向に転動（公転）していく。左内転歯車５ａが、下死点近傍に転動してくると、ピン部１１ｃと案内溝３２ａとの相対位置関係は、図９に示す状態となる。左内転歯車５ａが下死点近傍までくると、今度は反対側にある右内転歯車５ｂが上死点近傍に移動してくるので、左ペダルをこいだ場合と同様にして右ペダル１０ｂから取り付け軸１１ｂ、すなわちピン部１１ｄを介して踏み込み力が加えられる。
【００４５】
こうして、図７に示すように、各内転歯車５ａ，５ｂが内歯歯車６ａ，６ｂに対してどのような転動位置にあっても、常に各ピン部１１ｃ、１１ｄは、案内溝３２ａ，３２ｂに対して最下方の位置に存置されるように位置するので、上下方向に往復運動する左右のペダル１０ａ，１０ｂ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５ａ，５ｂが梃子の作用により左右の各内歯歯車６ａ，６ｂを噛合しながら転動していき、出力軸３ａたるクランク軸が回転運動し、その回転駆動力を原動スプロケット７からチェーン９を介して従動スプロケット８に伝達され、後輪を駆動して前進走行することができるようになる。
【００４６】
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１０ａ，１０ｂの取り付け軸１１ａ，１１ｂ、すなわちピン部１１ｃ、１１ｄの移動軌跡は、図７に示されるように、各内転歯車５ａ，５ｂが上死点近傍に転動してきたときに、思案点（死点）とならない位置に、各ピン部１１ｃ、１１ｄが存在するようにしており、しかも、各ピン部１１ｃ、１１ｄは、略上下方向に沿った軌跡上を往復運動するようになっている。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は、体重移動を少なくできるため、ふらつきの発生を抑制することができるようになり、その結果、ペダル１０ａ，１０ｂを上下に往復運動させるだけで原動スプロケット７に円滑、且つ、安定して回転運動を伝達することができ、自転車の駆動力ロスを有効に低減することができるようになる。
【００４７】
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、自転車に摘要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にも適宜応用できるのは勿論である。
【００４８】
また、本実施の形態では、案内溝３２ａ，３２ｂにピン部１１ｃ、１１ｄを嵌め込んだ構成とした場合について説明したが、この代わりに図１０に示すように、軌道誘導手段３０ａ，３０ｂに、楕円形状の案内レール４０を取り付け、この案内レール４０にスライドするスライダ４１を係合させることもできる。なお、この場合には、スライダ４１はペダルの取り付け軸１１ａ，１１ｂを回転自在に取り付けるようにする。
これによって、スライダ４１は案内レール４０の最下方近傍で存置する状態で滑動し、内転歯車５ａ，５ｂを転動させることができる。
【００４９】
また、上記では、軌道誘導手段３０ａ，３０ｂとして楕円形状の案内溝３２ａ，３２ｂや、案内レール３５で形成したが、この代わりに、図１１に示すように、略直線状の案内溝としての傾斜溝５０を形成した軌道誘導手段５１を内転歯車５に取り付けるようにした態様であってもよい。この場合において、傾斜溝５０内にスプリング５２を収縮した状態で収納し、常時ピン部１１ａ，１１ｂを最下方近傍に存置するようにばね力を作用させるようにしておく。これによって、ピン部１１ａ，１１ｂが、内転歯車５の転動位置に関係なく、常に内転歯車５の軸心Ｐ１と、出力軸（クランク軸）３の軸心Ｐ２とを結ぶ線Ｌ（出力軸３を通る上下方向の中心線）から偏倚した位置にオフセットしておくことができる（図３参照）。
【００５０】
したがって、このような構成とすることで、図１２〜図１４において示したように、ピン部１１ｃ、１１ｄは、軌道誘導手段５１の傾斜溝５０の最下方近傍に存置されながら、内転歯車５が内歯歯車６に噛合して転動していく。このとき、内転歯車５は、内歯歯車６を反時計方向に転動（公転）していくと共に、自身は時計方向に自転していくこととなり、ピン部１１ｃ、１１ｄは図１２〜図１４に示すような移動軌跡を画いて上死点から下死点に移動していく。その結果、係る変形例においても、上記実施の形態と同様に、ふらつきの少ない駆動力伝達を行うことができる効果を有する。
【００５１】
また、図１５（ａ）に示す変形例のように、内転歯車５ａと内歯歯車６ａとの噛合状態が外部から見えないようにするため、二点鎖線で示すごとく内転歯車５ａと内歯歯車６ａとを覆うカバー６０をとりつけるように形成することもできる。この場合、カバー６０は内歯歯車６ａ側に取り付けるが、結果として２つの歯車５ａ，６ａの噛合部に外部から小石や衣服が噛み込むことがないように設けるのであれば、カバー６０は自転車等の車体本体に取り付けるように形成してもよい。したがって、この変形例によれば、両歯車５ａ，６ａの噛合部に衣服や飛び石等が噛み込んだりしてケガするのを確実に阻止することができるようになる。また、この場合において、上記カバー６０の代わりに、図１５（ｂ）の二点鎖線に示すように、内転歯車５ａの外側に、この内転歯車５ａの外径よりも若干大きめの円盤状のカバー６０１を一体に同心円的に取り付けるようにすることもでき、これにより図１５（ａ）の場合と同様に、内転歯車５ａと内歯歯車６ａとの噛み合いを長く良好な状態に保持することができるようになる。
【００５２】
また、別の変形例として、図１５（ａ）において、内歯歯車６に、上下方向に沿って配置した２本の棒部材でなるガイド７０を取り付け、このガイド７０に入力手段であるペダルの取り付け軸（ペダル軸）１１が上下方向の往復運動を規定されるようにすることもできる。この変形例によれば、急ブレーキ等によるペダルの大きな移動（変位）を避けることで、ペダルからの足の離脱するのを防ぐことができ、自転車転倒時にペダル取り付け軸１１が受ける衝撃力により、内歯歯車６や内転歯車５の歯が切損したりして噛み合わせに不具合を生じるといった事態を未然に回避することができるようになる。もちろん、このガイド７０単体を設ける代わりに、上記カバー６０自体にガイド機能を有するスリットを往復運動方向に指向して設け、これにより取り付け軸１１を上下方向に案内するようにしてもよい。
【００５３】
また、上記実施の形態では、回転力取り出し手段として原動スプロケット７と従動スプロケット８との間にチェーン９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、クランク装置を模式的に表した図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７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８の代わりにベベル歯車８２を設け、チェーン９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構成にしたため、チェーン９のように弛むことがなく、ペダル１０を踏み込んでこぐ力は、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。
【００５４】
また、上記では、クランク腕４ａ，４ｂに、各内転歯車５ａ，５ｂを軸支したが、このクランク腕４ａ，４ｂの代わりに、クランク軸３に平歯車でなる太陽歯車を固定して取り付ける一方、内転歯車５ａ，５ｂにも同軸的に平歯車でなる遊星歯車を固定し、この遊星歯車を太陽歯車に噛合させるように構成してクランク腕の代替として形成することもできる。この場合、遊星歯車と太陽歯車との間を連結する腕部材を介在させることも可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上により、請求項１記載の発明によれば、軸受け部に回転自在に設けられたクランク軸両側の一対のクランク腕にそれぞれ内転歯車を設け、この内転歯車に内接しながら噛合して転動させる内歯歯車を設け、内転歯車が内歯歯車を１周する間に１回転するような歯数比に設定し、さらに上死点近傍における入力手段から加えられる作動力の入力点が、内転歯車とクランク軸とを結ぶ線から偏倚した位置に配置するように形成されているため、上死点近傍において思案点（死点）となるような位置に入力点が存在しなくなり、内転歯車と内歯歯車との接点を支点として、梃子の作用で入力手段において上死点近傍から下死点近傍に向かって押し下げ力を加えることで、内転歯車を内歯歯車に転動させることができ、同時にクランク腕を介してクランク軸が回転運動をし、これにより回転力取り出し手段から回転駆動力を外部に取り出すようにすることができる。
したがって、体重の移動量を少なくできるようになり、左右のふれの少なくなってふらつき現象を抑制でき、さらに略上下方向に沿う往復運動を、回転運動に効率よく変換でき、その結果、駆動力のロスを有効に低減できるようになる効果を奏する。
【００５６】
また、請求項２記載の発明によれば、入力手段の移動子は、例えば、曲線状、楕円状、多角形状、直線状等の形状を有する軌道誘導手段である案内部の偏倚した最下方近傍に常に存置されるため、この移動子が存置される案内部の最下方近傍を入力点とし、内転歯車と内歯歯車とが噛合して接触する部分（接点）を支点とする梃子の作用により、内転歯車を容易に転動させることができるようになり、スムーズにクランク軸を回転駆動させることができる効果を奏する。
【００５７】
また、請求項３記載の発明によれば、入力手段の移動子は、楕円軌道を画くように溝またはレールで形成された案内部の最下方近傍に存在するよになっているので、内転歯車が内歯歯車に噛合しながら転動するときに、どのような回転角度にあっても、梃子の作用により常にスムーズに内転歯車を転動させることができ、入力手段の往復運動を円滑に回転運動に変換できる効果を奏する。
【００５８】
また、請求項４記載の発明によれば、入力手段の移動子は、傾斜溝で形成された案内部の最下方近傍に存在し、しかも、ばね部材により移動子を常時最下方近傍に強制的に存置させるようにしているため、内転歯車が内歯歯車に対してどのような転動位置にあっても、移動子を傾斜溝の最下方近傍に存在することとなり、内転歯車を確実に転動させることができ、入力手段の上下方向の往復運動を効率的に回転運動に変換できる効果を奏する。
【００５９】
また、請求項５記載の発明によれば、カバーにより内転歯車と内歯歯車とが全体として外部に露呈しないように覆った構成にしているため、例えば、本クランク装置を自転車等の乗り物に搭載した場合には、両歯車の噛合部により衣服や飛び石等が噛み込んだりしてケガをしないようにすることができる効果を奏する。
【００６０】
また、請求項６記載の発明によれば、急ブレーキ等によるペダルの大きな移動（変位）を避けることで、ペダルからの足の離脱を防ぐことができるようになるとともに、例えば、自転車等の乗り物にこのクランク装置を搭載した場合には、自転車転倒時に受ける衝撃力により、内歯歯車や内転歯車の歯が切損したりして噛み合わせに不具合を生じる事態を未然に回避することができる効果を奏する。
【００６１】
また、請求項７の発明によれば、自転車、水上足こぎボート、人力飛行機等といった乗り物のクランク装置に採用され、次のような作用を呈することとなる。すなわち、乗り物本体に回転自在に設けられたクランク軸両側の一対のクランク腕にそれぞれ内転歯車を設け、この内転歯車に内接しながら噛合して転動させる内歯歯車を設け、内転歯車が内歯歯車を１周する間に１回転するような歯数比に設定し、さらに上死点近傍におけるペダルから加えられる作動力の入力点が、内転歯車とクランク軸とを結ぶ線から偏倚した位置に配置するように形成されているため、内転歯車と内歯歯車との接触点を支点とする梃子の作用により、ペダルを上死点近傍から下死点近傍に向かって上下方向に押し下げる運動をさせることで、内転歯車が内歯歯車に転動していき、同時にクランク腕を介してクランク軸が回転運動し、これによりスプロケットから回転駆動力を外部に取り出すようにすることができるようになる。
【００６２】
したがって、ペダルを上下方向に往復運動するだけで、クランク軸を回転させる回転運動に変換することができ、上記従来のように、上死点近傍で思案点（死点）となって内転歯車がいずれの方向にも回転するのが困難となるような事態を解消できるようになり、また、ペダルを踏み込んで移動子に作動力を付与する場合の体重の移動を少なくでき、乗り物本体に左右の振れを生じて不安定な姿勢になることを抑制でき、また、ペダルの往復運動による作動力を、回転運動に転換できるので、エネルギロスを抑制することができるようになる効果を奏する。
【００６３】
また、請求項８記載の発明によれば、ペダルの取り付け軸は、例えば、曲線状、楕円状、多角形状、直線状等の形状を有する軌道誘導手段である案内部の偏倚した最下方近傍に常に存置されるため、このペダルの取り付け軸が存置される案内部の最下方近傍に、内転歯車と内歯歯車とが噛合して接触する部分（接点）を支点とする梃子の作用により、内転歯車を容易に転動させるようになり、スムーズにクランク軸を回転駆動させてスプロケットの回転により回転力が取り出される効果を奏する。
【００６４】
また、請求項９記載の発明によれば、ペダルの取り付け軸は、楕円軌道を画くように溝またはレールで形成された案内部の最下方近傍に存在するよになっているので、内転歯車が内歯歯車に噛合しながら転動するときに、どのような回転角度にあっても、梃子の作用により常にスムーズに内転歯車を転動させることができ、ペダルの往復運動を円滑に回転運動に変換でき、従来のように体重移動に伴う動作による乗り物のふらつきを抑制できる効果を奏する。
【００６５】
また、請求項１０記載の発明によれば、ペダルの取り付け軸は、傾斜溝で形成された案内部の最下方近傍に存在し、しかも、ばね部材により取り付け軸を常時最下方近傍に強制的に存置させるようにしているため、内転歯車が内歯歯車に対してどのような転動位置にあっても、取り付け軸を傾斜溝の最下方近傍に存在することとなり、内転歯車は確実に転動されるので、ペダルの上下方向の往復運動を効率的に回転運動に変換できる効果を奏する。
【００６６】
また、請求項１１記載の発明によれば、カバーにより内転歯車と内歯歯車とが全体として覆われているため、自転車等の乗り物に搭載した場合には、両歯車の噛合部により衣服や飛び石等が噛み込んだりしてケガをしないようにすることができる効果を奏する。
【００６７】
また、請求項１２記載の発明によれば、急ブレーキ等によるペダルの大きな移動（変位）を避けることで、ペダルからの足の離脱を防ぐことができるようになるとともに、例えば、自転車転倒時に受ける衝撃力により、内歯歯車や内転歯車の歯が切損したりして噛み合わせに不具合を生じる事態を未然に回避することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態における自転車のクランク装置の機構の構成の概要を模式的に示した外観斜視図である。
【図２】 本実施の形態に係り、自転車用のペダルクランク装置の一部を断面図で示した正面図である。
【図３】 図２の左側面図である。
【図４】 図３のＩＶ部における要部拡大側面図である。
【図５】 軌道誘導手段の説明図であり、（ａ）は図４のＶ−Ｖ線における断面図、（ｂ）はピン部の外観斜視図である。
【図６】 図２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】 上死点近傍から１５度間隔で１９５度までの間を転動する間におけるピン部の移動軌跡を画いた作用説明図である。
【図８】 上死点近傍における内転歯車と内歯歯車とピン部との相対位置関係を示す要部拡大作用説明図である。
【図９】 下死点近傍における内転歯車と内歯歯車とピン部との相対位置関係を示す要部拡大作用説明図である。
【図１０】 軌道誘導手段の変形例における拡大断面図である。
【図１１】 軌道誘導手段の別の変形例における要部側面図である。
【図１２】 上記別の変形例に係り、内転歯車の４５度ごとのピン部の移動軌跡を説明する作用説明図である。
【図１３】 同じく、上記別の変形例に係り、図１２に示した移動軌跡の続きを説明する作用説明図である。
【図１４】 同じく、上記別の変形例に係り、図１３に示した移動軌跡の続きを説明する作用説明図である。
【図１５】 同じく、（ａ）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、（ｂ）は（ａ）の内転歯車と、この内転歯車に一体に取り付けた円盤状のカバーとの取り付け関係を示した部分側面図である。
【図１６】 同じく、さらに別の変形例を模式的に示した概略平面図である。
【符号の説明】
１ 固定部材（乗り物本体）
１ａ ベースプレート
２ 軸受け部
２ａ ジャーナル
３ クランク軸
３ａ 出力軸
４ クランク腕
４ａ 左クランク腕
４ｂ 右クランク腕
５ 内転歯車
５ａ 左内転歯車
５ｂ 右内転歯車
６ 内歯歯車
６ａ 左内歯歯車
６ｂ 右内歯歯車
７ 原動スプロケット
８ 従動スプロケット
９ チェーン
１０ ペダル（入力手段）
１０ａ 左ペダル
１０ｂ 右ペダル
１１ 取り付け軸
１１ａ 左取り付け軸
１１ｂ 右取り付け軸
１１ｃ 左ピン部
１１ｄ 右ピン部
３０ａ、３０ｂ 軌道誘導手段
３２ａ，３２ｂ 案内溝
４０ 案内レール
４１ スライダ
５０ 傾斜溝
５１ 軌道誘導手段
５２ スプリング
６０、６０１ カバー
７０ ガイド
８１〜８４ ベベル歯車
８５ ドライブ軸
Ｌ 軸心Ｐ１と、出力軸（クランク軸）３の軸心Ｐ２とを結ぶ線
Ｐ１ 左内転歯車の軸心
Ｐ２ 出力軸（クランク軸）の軸心
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランク腕に内転歯車を軸支し、その内転歯車に設けられた入力手段（ペダル）の上下方向への往復運動を、クランク腕を回転させる回転運動に転換して、ベベルギヤとドライブシャフトでなるシャフトドライブシステムやチェーンスプロケットシステム等でなる回転力取り出し手段から回転駆動力を取り出すようにしたクランク装置と、それを備えた乗り物用ペダルクランク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自転車に設けられたクランクペダル装置は、ペダルを下死点に向けて踏み込む回転運動を、クランク腕を介してクランク軸を回転させる回転運動に転換し、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により後輪のスプロケットを回転することにより、後輪を駆動するようにしている。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、体重を移動させてペダルを踏み込むため、ハンドルがふらつき、不安定な走行をするようになると共に、クランク装置の動力伝達効率を損ねる問題があった。このような問題に鑑みて、例えば、実公平２−４４６２８号公報の技術が知られている。この公報に記載された自転車のペダルクランク装置は、クランク軸に固定したスプロケットの上にも別のスプロケットを設け、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に係脱するようにして取り付け、ペダルを上から下方向に踏む込む動作を繰り返すことで後輪に駆動力を伝達し、走行できるようにしているものである。
【０００３】
ところが、上記のペダルクランク装置を備えた自転車であっても、ペダルの取り付け位置と、スプロケットの回転軸心との間に存する距離が、梃子の腕として機能するため、ペダルの踏み込み力によるモーメントが作用し、結果として体重移動による自転車のふらつき現象が生じてしまう。
【０００４】
そこで、本出願人は、このようなふらつき現象を生じないペダルクランク装置として、特開平９−４９５１８号公報に記載の技術を開発した。この公報に記載のものは、クランクに係るものであるが、これを自転車本体に応用した場合には、次のような構成を有するものとなるものである。すなわち、自転車本体に内歯歯車を取り付け、この内歯歯車に、内接して転動する内転歯車を、クランク腕に回転自在に取り付け、内転歯車にペダルを取り付け軸（クランクピンに相当する軸）を介して設けたものである。さらに、内転歯車と内歯歯車の歯数比を、内転歯車が、内歯歯車を転動しながら上死点から下死点を超えて再び上死点に一周するときに１回転するように設定している。ペダルを上死点から下死点近傍へ略上下方向に踏み込む動作を繰り返すことにより、内転歯車が回転され、クランク腕が連動してクランク軸を回転させる。これにより、クランク軸に固定されたスプロケットを回転駆動して自転車を走行することができるようにしたものである。
【０００５】
【特許文献１】
実公平２−４４６２８号公報
【特許文献２】
特開平９−４９５１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平９−４９５１８号公報のものにあっては、クランクピンに相当するペダルの取り付け軸と、内転歯車の回転中心と、内歯歯車の回転中心に位置するクランク軸の中心とが上下に一直線上になって並ぶため、ペダルがクランクの上死点と下死点に位置する場合には、これらの各点が思案点（死点）となってしまい、ペダルを踏み込む力が大きくなり、自転車の運転が困難になる問題があった。そこで、このような問題点を解決するために、内転歯車が上死点近傍にある場合には、内転歯車に設けられる入力手段（ペダル）の取り付け軸の位置を、常に内転歯車と、クランク軸との各中心を結ぶ線上に存在しないようにオフセット配置するように形成することで、クランク軸を円滑に回転駆動して回転力を取り出し手段（スプロケット）から外部に取り出すようにしたクランク装置と、それを備えた乗り物用ペダルクランク装置を提供しようとするのが、本発明の目的（課題）である。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明においては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で同一面内において互いに反対方向に屈曲して伸びる各クランク腕に回転自在に設けられた外歯を有する一対の内転歯車、上記固定部材に固定して設けられ、これらの内転歯車に内接するように噛合して上記各内転歯車を転動させる内歯を有する一対の内歯歯車、これらの内転歯車に設けられ、各内転歯車を転動させる一対の入力手段、および上記クランク軸に一体的に設けられ、上記入力手段を介して上記各内転歯車が上記内歯歯車に噛合して転動されることにより上記各クランク腕に伝達された回転力を取り出す回転力取り出し手段を具備すると共に、上記内転歯車と上記内歯歯車との歯数比を、上記内転歯車が上記内歯歯車を転動して１周するときに１回転するように形成され、さらに、クランク腕の回転面に沿う面内において、上記上死点近傍における上記一方の入力手段の入力点が、上記内転歯車の軸心とクランク軸の軸心とを結ぶ線から偏倚した位置に配置されるように形成され、上記各入力手段を上下方向に運動させることにより、上記回転力取り出し手段を回転駆動する構成を採用したことである。
【０００８】
このような構成を採ることにより、本発明においては、軸受け部に回転自在に設けられたクランク軸両側の一対のクランク腕にそれぞれ内転歯車を設け、この内転歯車に内接しながら噛合して転動させる内歯歯車を設け、内転歯車が内歯歯車を１周する間に１回転するような歯数比に設定し、さらに上死点近傍における入力手段から加えられる作動力の入力点が、内転歯車とクランク軸とを結ぶ線から偏倚した位置に配置するように形成されているため、入力手段を上死点近傍から下死点近傍に向かって上下方向に押し下げる運動をさせるとき、内転歯車と内歯歯車との接点を支点とする梃子の作用により、内転歯車が内歯歯車に転動していき、同時にクランク腕を介してクランク軸が回転運動をし、これにより回転力取り出し手段から回転駆動力を外部に取り出すようにすることができる。このため、入力手段を、振れの少ない態様で上下方向に往復運動を行わせることができ、この結果、往復運動による作動力を、効率よく回転運動力に変換できるようになる。
また、回転力取り出し手段を、チェーンや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システムで形成した場合には、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ロスすることなく後輪に伝達することができ、エネルギ伝達効率を向上できるようになる。
【０００９】
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。その特徴とするところは、上記構成に加えて、上記入力手段は、上記内転歯車に傾斜するように設けられた案内部に沿って移動可能に設けられた移動子に取り付けられ、この移動子を介して上記案内部に上記内転歯車を転動させる回転力が伝達される際に、上記移動子は、上記内転歯車の転動位置に関係なく、常に上記偏倚した位置であって、上記案内部のうち最下方近傍に存置されるようにした構成を採ることとしたことである。
【００１０】
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、入力手段の移動子は、例えば、曲線状、楕円状、多角形状、直線状等の形状を有する軌道誘導手段である案内部の偏倚した最下方近傍に常に存置されるため、この移動子が存置される案内部の最下方近傍に、内転歯車と内歯歯車とが噛合して接触する部分（接点）を支点とする梃子の作用により、内転歯車を容易に転動させるようになり、スムーズにクランク軸を回転駆動させることが可能となる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、その基本構成は請求項２記載のものと同じである。その特徴とするとことは、上記案内部を、楕円または多角形状を有する溝またはレール等で形成されて軌道誘導手段で構成したことである。
【００１２】
このような構成を採ることにより、請求項３記載の発明は、請求項２記載のものに加えて、次のような作用を有する。すなわち、入力手段の移動子は、楕円または多角形状の軌道を画くように溝またはレールで形成された軌道誘導手段の最下方近傍に存在するよになっているので、内転歯車が内歯歯車に噛合しながら転動するときに、どのような回転角度にあっても、梃子の作用により常にスムーズに内転歯車を転動させることができ、入力手段の往復運動を円滑に回転運動に変換できるようになる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、その基本構成は請求項２記載のものと同じである。その特徴とするとことは、上記案内部は、略直線状に形成された傾斜溝で形成され、この傾斜溝にばね部材を取り付け、このばね部材により上記移動子を常時上記最下方近傍に存置せしめるようにした構成を採ることとしたことである。
【００１４】
このような構成を採ることにより、請求項４記載の発明は、請求項２記載のものに加えて、次のような作用を有する。すなわち、入力手段の移動子は、傾斜溝で形成された案内部の最下方近傍に存在し、しかも、ばね部材により移動子を常時最下方近傍に強制的に存置させるようにしているため、内転歯車が内歯歯車に対してどのような転動位置にあっても、移動子を傾斜溝の最下方近傍に存在することとなり、内転歯車を確実に転動させることができ、入力手段の上下方向の往復運動を効率的に回転運動に変換できるようになる。
【００１５】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のクランク装置に係り、前記内転歯車と前記内歯歯車との噛合部が外部から露呈しないようにカバーで覆うように形成したことを特徴とする。
【００１６】
この請求項５記載の発明によれば、カバーにより内転歯車と内歯歯車とが全体として覆われているため、例えば、本クランク装置を自転車等の乗り物に搭載した場合には、両歯車の噛合部により衣服や飛び石等が噛み込んだりしてケガをしないようにすることができる。
【００１７】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクランク装置に係り、前記内歯歯車に、前記入力手段を前記上下方向に往復運動させるように規定するガイド手段を設けるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
この請求項６記載の発明によれば、急ブレーキ等によるペダルの大きな移動（変位）を避けることで、ペダルからの足の離脱を防ぐことができるようになるとともに、例えば、自転車等の乗り物にこのクランク装置を搭載した場合には、自転車転倒時に受ける衝撃力により、内歯歯車や内転歯車の歯が切損したりして噛み合わせに不具合を生じる事態を未然に回避することができるようになる。
【００１９】
次に、請求項７の発明について説明する。本発明は、乗り物用ペダルクランク装置であって、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で互いに同一面内において反対方向に屈曲して伸びる各クランク腕に回転自在に設けられた外歯を有する一対の内転歯車、上記乗り物本体に固定して設けられ、これらの内転歯車に内接するように噛合して上記各内転歯車を転動させる内歯を有する一対の内歯歯車、これらの内転歯車に設けられ、各内転歯車を転動させる一対のペダル、および上記クランク軸に一体的に設けられ、上記ペダルを介して上記各内転歯車が上記内歯歯車に噛合して転動されることにより上記各クランク腕に伝達された回転力を取り出すスプロケットを具備すると共に、上記内転歯車と上記内歯歯車の歯数比を、上記内転歯車が上記内歯歯車を転動して１周するときに１回転するように形成し、さらに、クランク腕の回転面に沿う面内において、上記上死点近傍における上記一方のペダルの取り付け軸が、上記内転歯車の軸心とクランク軸の軸心とを結ぶ線から偏倚した位置に配置されるように形成され、上記各ペダルを上下方向に往復運動させることにより、上記スプロケットを回転駆動する構成を採ったことである。
【００２０】
このような構成を採ることにより、本発明においては、例えば、自転車、水上足こぎボート、人力飛行機等といった乗り物のクランク装置に採用され、次のような作用を呈することとなる。すなわち、乗り物本体に回転自在に設けられたクランク軸両側の一対のクランク腕にそれぞれ内転歯車を設け、この内転歯車に内接しながら噛合して転動させる内歯歯車を設け、内転歯車が内歯歯車を１周する間に１回転するような歯数比に設定し、さらに上死点近傍におけるペダルから加えられる作動力の入力点が、内転歯車とクランク軸とを結ぶ線から偏倚した位置に配置するように形成されているため、ペダルを上死点近傍から下死点近傍に向かって上下方向に押し下げる運動をさせるとき、内転歯車と内歯歯車との接点を支点とする梃子の作用により、内転歯車が内歯歯車に転動していき、同時にクランク腕を介してクランク軸が回転運動をし、これによりスプロケットから回転駆動力を外部に取り出すようにすることができるようになる。
【００２１】
次に、請求項８記載の発明を説明する。本発明の構成もその基本的な点は、請求項７記載のものと同じである。すなわち、上記ペダルの取り付け軸は、上記内転歯車に傾斜するように設けられた案内部に沿って移動可能に設けられた取り付け軸に取り付けられ、この取り付け軸を介して上記案内部に上記内転歯車を転動させる回転力が伝達される際に、上記取り付け軸は、上記内転歯車の転動位置に関係なく、常に上記案内部のうち最下方近傍において存置されるようにした構成を採ることとしたことである。
【００２２】
このような構成を採ることにより、本発明は、請求項７記載のものに加えて、次のような作用を有する。すなわち、ペダルの取り付け軸は、例えば、曲線状、楕円状、多角形状、直線状等の形状を有する軌道誘導手段である案内部の偏倚した最下方近傍に常に存置されるため、このペダルの取り付け軸が存置される案内部の最下方近傍に、内転歯車と内歯歯車とが噛合して接触する部分（接点）を支点とする梃子の作用により、内転歯車を容易に転動させるようになり、スムーズにクランク軸を回転駆動させてスプロケットの回転により回転力が取り出されるようになる。
【００２３】
次に、請求項９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、請求項８記載の乗り物用ペダルクランク装置と同じものである。すなわち、上記案内部は、楕円または多角形状を画く溝またはレール等で形成された軌道誘導手段を具備していることを特徴とする。
【００２４】
このような構成を採ることにより、本発明は、請求項８記載のものに加えて、次のような作用を有する。すなわち、ペダルの取り付け軸は、楕円または多角形状の軌道を画くように、例えば溝またはレールで形成された軌道誘導手段の最下方近傍に存在するよになっているので、内転歯車が内歯歯車に噛合しながら転動するときに、どのような回転角度にあっても、梃子の作用により常にスムーズに内転歯車を転動させることができ、ペダルの往復運動を円滑に回転運動に変換でき、従来のように体重移動に伴う動作により乗り物のふらつきを抑制できるようになる。
【００２５】
また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の乗り物用ペダルクランク装置に係り、上記案内部は、略直線状に形成された傾斜溝で形成され、この傾斜溝にばね部材を取り付け、このばね部材により上記ペダルの取り付け軸を常時上記最下方近傍に存置せしめるようにしたことを特徴とする。
【００２６】
このような構成を採ることにより、本発明は、請求項９記載のものに加えて、次のような作用を有する。すなわち、ペダルの取り付け軸は、傾斜溝で形成された案内部の最下方近傍に存在し、しかも、ばね部材により取り付け軸を常時最下方近傍に強制的に存置させるようにしているため、内転歯車が内歯歯車に対してどのような転動位置にあっても、取り付け軸を傾斜溝の最下方近傍に存在することとなり、内転歯車を確実に転動させることができ、ペダルの上下方向の往復運動を効率的に回転運動に変換できるようになる。
【００２７】
また、請求項１１記載の歯車は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の乗り物用ペダルクランク装置に係り、前記内転歯車と前記内歯歯車との噛合部が外部から露呈しないようにカバーで覆うように形成したことを特徴とする。
【００２８】
この請求項１１記載の発明によれば、カバーにより内転歯車と内歯歯車とが全体として覆われているため、自転車等の乗り物に搭載した場合には、両歯車の噛合部により衣服や飛び石等が噛み込んだりしてケガをしないようにすることができる。
【００２９】
また、請求項１２記載の歯車は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の乗り物用ペダルクランク装置に係り、前記内歯歯車に、前記入力手段を前記上下方向に往復運動させるように規定するガイド手段を設けるようにしたことを特徴とする。
【００３０】
この請求項１２記載の発明によれば、急ブレーキ等によるペダルの大きな移動（変位）を避けることで、ペダルからの足の離脱を防ぐことができるようになるとともに、例えば、自転車転倒時に受ける衝撃力により、内歯歯車や内転歯車の歯が切損したりして噛み合わせに不具合を生じる事態を未然に回避することができるようになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１乃至図６に基づいて詳述する。なお、本実施の形態に係るクランク装置を、乗り物の一例として自転車に適用した場合を例に挙げて説明していくこととする。図１は、本実施の形態における自転車のクランク装置の機構の構成の概要を模式的に示した外観斜視図である。以下において、先ず、クランク装置の構成の概要を説明する。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を挟んだ左右両側には、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４があり、これらのクランク腕４に外歯を有する平歯車である内転歯車５がそれぞれ回転自在に設けられている。また、自転車の前後方向に沿う長手方向軸線に対する左右両側に、上記内転歯車５に噛合する内歯歯車６が固定して取り付けられている。これらの内歯歯車６は、上記内転歯車５を噛合しながら転動させるもので、内転歯車５と内歯歯車６との歯数比は、内転歯車５が内歯歯車６を転動しながら１周するときに１回転し終えるような歯数比として、１対２になるように設定されているものである。
【００３２】
軸受け部２近傍のクランク軸３には、このクランク軸３と一体的に回転するようにしてクランク軸の回転力を取り出す原動スプロケット７（回転力取り出し手段）が設けられ、自転車の後輪（図示しない）と同軸に取り付けられた後輪側には従動スプロケット８との間にチェーン９が巻き掛けされて、クランク軸の回転力を取り出してチェーン９を介して後輪側スプロケット８に駆動力を伝達するようになっており、チェーン９が図１の矢印Ａに示す方向に駆動されることで、自転車を前進走行させることができるものである。
【００３３】
また、各内転歯車５の外側には、クランク軸３を駆動させるための入力を作用させる入力手段としてのペダル１０が移動子である取り付け軸１１（ペダル軸）を介して回転自在となるように設けられている。そして、この取り付け軸１１は、後で詳細に説明するように、内転歯車１１の外側に取り付けられた軌道誘導手段の一構成要素である案内部の軌道に係合し、この軌道に沿って誘導（ガイド）されながら移動するように設けられるものである。また、取り付け軸１１が上死点付近にあるときに、その内転歯車５の軸心とクランク軸３の軸心とを結ぶ線に関してペダル軸１１が、案内部において常に偏倚した位置にオフセット配置されるように形成されるものである。
【００３４】
次に、図２〜図６において、上記クランク装置の構造をより具体的に説明していくこととする。すなわち、自転車のフレーム１に固定的に取り付けられた略正方形状のベースプレート１ａ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、クランク軸３としての段差付きの出力軸３が回転自在に挿通されていて、その出力軸３の図２における左側には、左クランク腕４ａがねじ２０により固定され、右側には、右クランク腕４ｂが溶接により溶着されている。なお、左クランク腕４ａは、溶接により溶着するようにしてもよい。これらの左右両クランク腕４ａ，４ｂは、同一面内において互いに反対方向に屈曲して伸びており、出力軸３と一体に回転するようになあっている。
【００３５】
左右の両クランク腕４ａ、４ｂには、軸部材５ｃ、５ｄ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５ｅ，５ｆを介して平歯車としての左内転歯車５ａおよび右内転歯車５ｂが回転自在に支持された状態で取り付けられる。
【００３６】
また、ベースプレート１ａの左右には、ベースプレート１ａと同じ方向に配置され、外形がリング形状を有して平歯の内歯として形成された左内歯歯車６ａおよび右内歯歯車６ｂが、各４本のスペーサ２１ａおよび２１ｂを介して通しボルト２２により固定されている。これら左右の両内歯歯車６ａ，６ｂには、上記した左右の両内転歯車５ａ，５ｂが、それぞれ内接して噛合するようにして組み込まれる。この場合、内転歯車５ａ，５ｂと内歯歯車６ａ，６ｂとの歯数比は、内転歯車５ａ，５ｂが内歯歯車６ａ，６ｂ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となるように形成されているものである。こうして、左内転歯車５ａと右内転歯車５ｂとは、左内歯歯車６ａおよび右６ｂを転動するとき、図３に示されるように、互いに出力軸１に関して点対称となるような位置関係で運動することとなる。
【００３７】
また、左内転歯車５ａおよび右内転歯車５ｂの外側には、外形が楕円形状を有し、且つ、内部に楕円軌道の案内溝を備えた軌道誘導手段３０ａ，３０ｂがねじ３１により固定される。すなわち、軌道誘導手段を、左内転歯車５ａ側に設けられる軌道誘導手段３０ａについてより具体的に説明すると、図４，図５に示されるように、この軌道誘導手段３０ａは、楕円形状の案内溝３２が形成された第１部材３３と、この第１部材３３にビス３４を介して蓋をするようにして設けられた第２部材３５とを有しており、これらの第１部材３３と第２部材３５とで内部に楕円形状の案内溝３２ａが形成されることとなる。そして、この軌道誘導手段３０ａ、３０ｂは、図３に示すように、例えば左内転歯車５ａが上死点近傍にある場合において、左内転歯車５ａに対して自転車車体の後方に向かってやや下降（後傾）するようにしてねじ３１により締結される。
【００３８】
一方、入力手段たる左ペダル１０ａは、移動子である左取り付け軸１１ａに対して回転自在に設けられ、その左取り付け軸１１ａの右端には、上記軌道誘導手段３０ａの案内溝３２ａに係合して案内誘導されるピン部１１ｃが結合されている。
そして、ピン部１１ａは、後傾して左内転歯車５ａに設けられた軌道誘導手段３０ａの案内溝３２ａにはまりこんでいるとき、終始、案内溝３２ａの最下方の位置に存置するように設定されることとなり、しかも、図３、図４に示すように、上死点付近にあるペダル１１ａを踏み込んでこぐ場合の入力点として機能することとなる。また、ピン部１１ｃが、このよう入力点に位置する場合においては、図３に示す内転歯車５ａの軸心Ｐ１と、出力軸（クランク軸）３の軸心Ｐ２とを結ぶ線Ｌ（出力軸３を通る上下方向の中心線）から偏倚した位置にオフセットされている。なお、このオフセット方向は、図３において線Ｌの右方であり、これは自転車の進行する方向に対して後方向にオフセットされていることになるものである。
【００３９】
したがって、図３に示す状態にあるペダルの取り付け軸１１ａに対して、上から下に向かって足の踏み込み力（作動力）が作用した場合には、左内転歯車５ａと左内歯歯車６ａとの噛合部、すなわち、接点が支点となり、この接点とピン部１１ｃとの距離が梃子となり、この梃子の作用により左内転歯車５ａに時計方向の回転を与えると同時に、左内転歯車５ａは、左内歯歯車６ａに噛合しながら矢印Ｂ方向に転動していくこととなる。
【００４０】
他方、右ペダル１０ｂの取り付け軸１１ｂも、左ペダル１０ａと同じようにして、右内転歯車５ｂに左軌道誘導手段３０ａと同じ構造を有する右軌道誘導手段３０ｂの案内溝（図示しない）に係合するようにして取り付けられる。
【００４１】
また、ベースプレート１ａと右内歯歯車６ｂ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７が出力軸３ａと一体回転可能になるように設けられ、チェーン９（図１参照）を巻き掛けして後輪側の従動スプロケットに結合されることとなる。
【００４２】
こうして、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して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２３は軸部材５ｃ、５ｄの軸端に圧入されて各内転歯車５ａ，５ｂを軸部材５ｃ、５ｄに取り付けるためのプッシュナットを示すと共に、原動スプロケット７の図示は省略している。
【００４３】
次に、本実施の形態のクランク装置を備えた自転車のペダルクランク装置の作用を、図７、図８、図９を参照して説明する。図７は、ペダルの取り付け軸１１ａ，１１ｂの軸端に設けられたピン部１１ｃ、１１ｄが、左右各内転歯車５ａ，５ｂに設けた各案内溝３２ａ、３２ｂを、上死点近傍から１５度間隔で１９５度までの間を転動する間における移動軌跡を画いた作用説明図である。なお、図７において、実線で示す左内転歯車５ａの移動軌跡は、左内転歯車５ａを外側から見た状態であり、また、点線は、反対側にある右内転歯車５ｂのピン部１１ｄの移動軌跡を、右内転歯車５ｂの外側から見た状態で示したものである。
【００４４】
自転車のペダル１０ａ，１０ｂに足を載せてペダルをこぐ場合、図８に示すように、上死点付近にある左内転歯車５ａには、取り付け軸１１ａ、すなわちピン部１１ｃから案内溝３２ａを介して、梃子の作用により時計方向に回転（自転）する回転力が作用する。すると、左内転歯車５ａは、左内歯歯車６ａに噛合しながら矢印Ｃ方向に転動（公転）していく。左内転歯車５ａが、下死点近傍に転動してくると、ピン部１１ｃと案内溝３２ａとの相対位置関係は、図９に示す状態となる。左内転歯車５ａが下死点近傍までくると、今度は反対側にある右内転歯車５ｂが上死点近傍に移動してくるので、左ペダルをこいだ場合と同様にして右ペダル１０ｂから取り付け軸１１ｂ、すなわちピン部１１ｄを介して踏み込み力が加えられる。
【００４５】
こうして、図７に示すように、各内転歯車５ａ，５ｂが内歯歯車６ａ，６ｂに対してどのような転動位置にあっても、常に各ピン部１１ｃ、１１ｄは、案内溝３２ａ，３２ｂに対して最下方の位置に存置されるように位置するので、上下方向に往復運動する左右のペダル１０ａ，１０ｂ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５ａ，５ｂが梃子の作用により左右の各内歯歯車６ａ，６ｂを噛合しながら転動していき、出力軸３ａたるクランク軸が回転運動し、その回転駆動力を原動スプロケット７からチェーン９を介して従動スプロケット８に伝達され、後輪を駆動して前進走行することができるようになる。
【００４６】
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１０ａ，１０ｂの取り付け軸１１ａ，１１ｂ、すなわちピン部１１ｃ、１１ｄの移動軌跡は、図７に示されるように、各内転歯車５ａ，５ｂが上死点近傍に転動してきたときに、思案点（死点）とならない位置に、各ピン部１１ｃ、１１ｄが存在するようにしており、しかも、各ピン部１１ｃ、１１ｄは、略上下方向に沿った軌跡上を往復運動するようになっている。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は、体重移動を少なくできるため、ふらつきの発生を抑制することができるようになり、その結果、ペダル１０ａ，１０ｂを上下に往復運動させるだけで原動スプロケット７に円滑、且つ、安定して回転運動を伝達することができ、自転車の駆動力ロスを有効に低減することができるようになる。
【００４７】
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、自転車に摘要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にも適宜応用できるのは勿論である。
【００４８】
また、本実施の形態では、案内溝３２ａ，３２ｂにピン部１１ｃ、１１ｄを嵌め込んだ構成とした場合について説明したが、この代わりに図１０に示すように、軌道誘導手段３０ａ，３０ｂに、楕円形状の案内レール４０を取り付け、この案内レール４０にスライドするスライダ４１を係合させることもできる。なお、この場合には、スライダ４１はペダルの取り付け軸１１ａ，１１ｂを回転自在に取り付けるようにする。
これによって、スライダ４１は案内レール４０の最下方近傍で存置する状態で滑動し、内転歯車５ａ，５ｂを転動させることができる。
【００４９】
また、上記では、軌道誘導手段３０ａ，３０ｂとして楕円形状の案内溝３２ａ，３２ｂや、案内レール３５で形成したが、この代わりに、図１１に示すように、略直線状の案内溝としての傾斜溝５０を形成した軌道誘導手段５１を内転歯車５に取り付けるようにした態様であってもよい。この場合において、傾斜溝５０内にスプリング５２を収縮した状態で収納し、常時ピン部１１ａ，１１ｂを最下方近傍に存置するようにばね力を作用させるようにしておく。これによって、ピン部１１ａ，１１ｂが、内転歯車５の転動位置に関係なく、常に内転歯車５の軸心Ｐ１と、出力軸（クランク軸）３の軸心Ｐ２とを結ぶ線Ｌ（出力軸３を通る上下方向の中心線）から偏倚した位置にオフセットしておくことができる（図３参照）。
【００５０】
したがって、このような構成とすることで、図１２〜図１４において示したように、ピン部１１ｃ、１１ｄは、軌道誘導手段５１の傾斜溝５０の最下方近傍に存置されながら、内転歯車５が内歯歯車６に噛合して転動していく。このとき、内転歯車５は、内歯歯車６を反時計方向に転動（公転）していくと共に、自身は時計方向に自転していくこととなり、ピン部１１ｃ、１１ｄは図１２〜図１４に示すような移動軌跡を画いて上死点から下死点に移動していく。その結果、係る変形例においても、上記実施の形態と同様に、ふらつきの少ない駆動力伝達を行うことができる効果を有する。
【００５１】
また、図１５（ａ）に示す変形例のように、内転歯車５ａと内歯歯車６ａとの噛合状態が外部から見えないようにするため、二点鎖線で示すごとく内転歯車５ａと内歯歯車６ａとを覆うカバー６０をとりつけるように形成することもできる。この場合、カバー６０は内歯歯車６ａ側に取り付けるが、結果として２つの歯車５ａ，６ａの噛合部に外部から小石や衣服が噛み込むことがないように設けるのであれば、カバー６０は自転車等の車体本体に取り付けるように形成してもよい。したがって、この変形例によれば、両歯車５ａ，６ａの噛合部に衣服や飛び石等が噛み込んだりしてケガするのを確実に阻止することができるようになる。また、この場合において、上記カバー６０の代わりに、図１５（ｂ）の二点鎖線に示すように、内転歯車５ａの外側に、この内転歯車５ａの外径よりも若干大きめの円盤状のカバー６０１を一体に同心円的に取り付けるようにすることもでき、これにより図１５（ａ）の場合と同様に、内転歯車５ａと内歯歯車６ａとの噛み合いを長く良好な状態に保持することができるようになる。
【００５２】
また、別の変形例として、図１５（ａ）において、内歯歯車６に、上下方向に沿って配置した２本の棒部材でなるガイド７０を取り付け、このガイド７０に入力手段であるペダルの取り付け軸（ペダル軸）１１が上下方向の往復運動を規定されるようにすることもできる。この変形例によれば、急ブレーキ等によるペダルの大きな移動（変位）を避けることで、ペダルからの足の離脱するのを防ぐことができ、自転車転倒時にペダル取り付け軸１１が受ける衝撃力により、内歯歯車６や内転歯車５の歯が切損したりして噛み合わせに不具合を生じるといった事態を未然に回避することができるようになる。もちろん、このガイド７０単体を設ける代わりに、上記カバー６０自体にガイド機能を有するスリットを往復運動方向に指向して設け、これにより取り付け軸１１を上下方向に案内するようにしてもよい。
【００５３】
また、上記実施の形態では、回転力取り出し手段として原動スプロケット７と従動スプロケット８との間にチェーン９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、クランク装置を模式的に表した図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７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８の代わりにベベル歯車８２を設け、チェーン９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構成にしたため、チェーン９のように弛むことがなく、ペダル１０を踏み込んでこぐ力は、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。
【００５４】
また、上記では、クランク腕４ａ，４ｂに、各内転歯車５ａ，５ｂを軸支したが、このクランク腕４ａ，４ｂの代わりに、クランク軸３に平歯車でなる太陽歯車を固定して取り付ける一方、内転歯車５ａ，５ｂにも同軸的に平歯車でなる遊星歯車を固定し、この遊星歯車を太陽歯車に噛合させるように構成してクランク腕の代替として形成することもできる。この場合、遊星歯車と太陽歯車との間を連結する腕部材を介在させることも可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上により、請求項１記載の発明によれば、軸受け部に回転自在に設けられたクランク軸両側の一対のクランク腕にそれぞれ内転歯車を設け、この内転歯車に内接しながら噛合して転動させる内歯歯車を設け、内転歯車が内歯歯車を１周する間に１回転するような歯数比に設定し、さらに上死点近傍における入力手段から加えられる作動力の入力点が、内転歯車とクランク軸とを結ぶ線から偏倚した位置に配置するように形成されているため、上死点近傍において思案点（死点）となるような位置に入力点が存在しなくなり、内転歯車と内歯歯車との接点を支点として、梃子の作用で入力手段において上死点近傍から下死点近傍に向かって押し下げ力を加えることで、内転歯車を内歯歯車に転動させることができ、同時にクランク腕を介してクランク軸が回転運動をし、これにより回転力取り出し手段から回転駆動力を外部に取り出すようにすることができる。
したがって、体重の移動量を少なくできるようになり、左右のふれの少なくなってふらつき現象を抑制でき、さらに略上下方向に沿う往復運動を、回転運動に効率よく変換でき、その結果、駆動力のロスを有効に低減できるようになる効果を奏する。
【００５６】
また、請求項２記載の発明によれば、入力手段の移動子は、例えば、曲線状、楕円状、多角形状、直線状等の形状を有する軌道誘導手段である案内部の偏倚した最下方近傍に常に存置されるため、この移動子が存置される案内部の最下方近傍を入力点とし、内転歯車と内歯歯車とが噛合して接触する部分（接点）を支点とする梃子の作用により、内転歯車を容易に転動させることができるようになり、スムーズにクランク軸を回転駆動させることができる効果を奏する。
【００５７】
また、請求項３記載の発明によれば、入力手段の移動子は、楕円軌道を画くように溝またはレールで形成された案内部の最下方近傍に存在するよになっているので、内転歯車が内歯歯車に噛合しながら転動するときに、どのような回転角度にあっても、梃子の作用により常にスムーズに内転歯車を転動させることができ、入力手段の往復運動を円滑に回転運動に変換できる効果を奏する。
【００５８】
また、請求項４記載の発明によれば、入力手段の移動子は、傾斜溝で形成された案内部の最下方近傍に存在し、しかも、ばね部材により移動子を常時最下方近傍に強制的に存置させるようにしているため、内転歯車が内歯歯車に対してどのような転動位置にあっても、移動子を傾斜溝の最下方近傍に存在することとなり、内転歯車を確実に転動させることができ、入力手段の上下方向の往復運動を効率的に回転運動に変換できる効果を奏する。
【００５９】
また、請求項５記載の発明によれば、カバーにより内転歯車と内歯歯車とが全体として外部に露呈しないように覆った構成にしているため、例えば、本クランク装置を自転車等の乗り物に搭載した場合には、両歯車の噛合部により衣服や飛び石等が噛み込んだりしてケガをしないようにすることができる効果を奏する。
【００６０】
また、請求項６記載の発明によれば、急ブレーキ等によるペダルの大きな移動（変位）を避けることで、ペダルからの足の離脱を防ぐことができるようになるとともに、例えば、自転車等の乗り物にこのクランク装置を搭載した場合には、自転車転倒時に受ける衝撃力により、内歯歯車や内転歯車の歯が切損したりして噛み合わせに不具合を生じる事態を未然に回避することができる効果を奏する。
【００６１】
また、請求項７の発明によれば、自転車、水上足こぎボート、人力飛行機等といった乗り物のクランク装置に採用され、次のような作用を呈することとなる。すなわち、乗り物本体に回転自在に設けられたクランク軸両側の一対のクランク腕にそれぞれ内転歯車を設け、この内転歯車に内接しながら噛合して転動させる内歯歯車を設け、内転歯車が内歯歯車を１周する間に１回転するような歯数比に設定し、さらに上死点近傍におけるペダルから加えられる作動力の入力点が、内転歯車とクランク軸とを結ぶ線から偏倚した位置に配置するように形成されているため、内転歯車と内歯歯車との接触点を支点とする梃子の作用により、ペダルを上死点近傍から下死点近傍に向かって上下方向に押し下げる運動をさせることで、内転歯車が内歯歯車に転動していき、同時にクランク腕を介してクランク軸が回転運動し、これによりスプロケットから回転駆動力を外部に取り出すようにすることができるようになる。
【００６２】
したがって、ペダルを上下方向に往復運動するだけで、クランク軸を回転させる回転運動に変換することができ、上記従来のように、上死点近傍で思案点（死点）となって内転歯車がいずれの方向にも回転するのが困難となるような事態を解消できるようになり、また、ペダルを踏み込んで移動子に作動力を付与する場合の体重の移動を少なくでき、乗り物本体に左右の振れを生じて不安定な姿勢になることを抑制でき、また、ペダルの往復運動による作動力を、回転運動に転換できるので、エネルギロスを抑制することができるようになる効果を奏する。
【００６３】
また、請求項８記載の発明によれば、ペダルの取り付け軸は、例えば、曲線状、楕円状、多角形状、直線状等の形状を有する軌道誘導手段である案内部の偏倚した最下方近傍に常に存置されるため、このペダルの取り付け軸が存置される案内部の最下方近傍に、内転歯車と内歯歯車とが噛合して接触する部分（接点）を支点とする梃子の作用により、内転歯車を容易に転動させるようになり、スムーズにクランク軸を回転駆動させてスプロケットの回転により回転力が取り出される効果を奏する。
【００６４】
また、請求項９記載の発明によれば、ペダルの取り付け軸は、楕円軌道を画くように溝またはレールで形成された案内部の最下方近傍に存在するよになっているので、内転歯車が内歯歯車に噛合しながら転動するときに、どのような回転角度にあっても、梃子の作用により常にスムーズに内転歯車を転動させることができ、ペダルの往復運動を円滑に回転運動に変換でき、従来のように体重移動に伴う動作による乗り物のふらつきを抑制できる効果を奏する。
【００６５】
また、請求項１０記載の発明によれば、ペダルの取り付け軸は、傾斜溝で形成された案内部の最下方近傍に存在し、しかも、ばね部材により取り付け軸を常時最下方近傍に強制的に存置させるようにしているため、内転歯車が内歯歯車に対してどのような転動位置にあっても、取り付け軸を傾斜溝の最下方近傍に存在することとなり、内転歯車は確実に転動されるので、ペダルの上下方向の往復運動を効率的に回転運動に変換できる効果を奏する。
【００６６】
また、請求項１１記載の発明によれば、カバーにより内転歯車と内歯歯車とが全体として覆われているため、自転車等の乗り物に搭載した場合には、両歯車の噛合部により衣服や飛び石等が噛み込んだりしてケガをしないようにすることができる効果を奏する。
【００６７】
また、請求項１２記載の発明によれば、急ブレーキ等によるペダルの大きな移動（変位）を避けることで、ペダルからの足の離脱を防ぐことができるようになるとともに、例えば、自転車転倒時に受ける衝撃力により、内歯歯車や内転歯車の歯が切損したりして噛み合わせに不具合を生じる事態を未然に回避することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態における自転車のクランク装置の機構の構成の概要を模式的に示した外観斜視図である。
【図２】 本実施の形態に係り、自転車用のペダルクランク装置の一部を断面図で示した正面図である。
【図３】 図２の左側面図である。
【図４】 図３のＩＶ部における要部拡大側面図である。
【図５】 軌道誘導手段の説明図であり、（ａ）は図４のＶ−Ｖ線における断面図、（ｂ）はピン部の外観斜視図である。
【図６】 図２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】 上死点近傍から１５度間隔で１９５度までの間を転動する間におけるピン部の移動軌跡を画いた作用説明図である。
【図８】 上死点近傍における内転歯車と内歯歯車とピン部との相対位置関係を示す要部拡大作用説明図である。
【図９】 下死点近傍における内転歯車と内歯歯車とピン部との相対位置関係を示す要部拡大作用説明図である。
【図１０】 軌道誘導手段の変形例における拡大断面図である。
【図１１】 軌道誘導手段の別の変形例における要部側面図である。
【図１２】 上記別の変形例に係り、内転歯車の４５度ごとのピン部の移動軌跡を説明する作用説明図である。
【図１３】 同じく、上記別の変形例に係り、図１２に示した移動軌跡の続きを説明する作用説明図である。
【図１４】 同じく、上記別の変形例に係り、図１３に示した移動軌跡の続きを説明する作用説明図である。
【図１５】 同じく、（ａ）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、（ｂ）は（ａ）の内転歯車と、この内転歯車に一体に取り付けた円盤状のカバーとの取り付け関係を示した部分側面図である。
【図１６】 同じく、さらに別の変形例を模式的に示した概略平面図である。
【符号の説明】
１ 固定部材（乗り物本体）
１ａ ベースプレート
２ 軸受け部
２ａ ジャーナル
３ クランク軸
３ａ 出力軸
４ クランク腕
４ａ 左クランク腕
４ｂ 右クランク腕
５ 内転歯車
５ａ 左内転歯車
５ｂ 右内転歯車
６ 内歯歯車
６ａ 左内歯歯車
６ｂ 右内歯歯車
７ 原動スプロケット
８ 従動スプロケット
９ チェーン
１０ ペダル（入力手段）
１０ａ 左ペダル
１０ｂ 右ペダル
１１ 取り付け軸
１１ａ 左取り付け軸
１１ｂ 右取り付け軸
１１ｃ 左ピン部
１１ｄ 右ピン部
３０ａ、３０ｂ 軌道誘導手段
３２ａ，３２ｂ 案内溝
４０ 案内レール
４１ スライダ
５０ 傾斜溝
５１ 軌道誘導手段
５２ スプリング
６０、６０１ カバー
７０ ガイド
８１〜８４ ベベル歯車
８５ ドライブ軸
Ｌ 軸心Ｐ１と、出力軸（クランク軸）３の軸心Ｐ２とを結ぶ線
Ｐ１ 左内転歯車の軸心
Ｐ２ 出力軸（クランク軸）の軸心
Claims (12)
- 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で同一面内において互いに反対方向に屈曲して伸びる各クランク腕に回転自在に設けられた外歯を有する一対の内転歯車、上記固定部材に固定して設けられ、これらの内転歯車に内接するように噛合して上記各内転歯車を転動させる内歯を有する一対の内歯歯車、これらの内転歯車に設けられ、各内転歯車を転動させる一対の入力手段、および上記クランク軸に一体的に設けられ、上記入力手段を介して上記各内転歯車が上記内歯歯車に噛合して転動されることにより上記各クランク腕に伝達された回転力を取り出す回転力取り出し手段を具備すると共に、上記内転歯車と上記内歯歯車との歯数比を、上記内転歯車が上記内歯歯車を転動して１周するときに１回転するように形成され、さらに、クランク腕の回転面に沿う面内において、上記上死点近傍における上記一方の入力手段の入力点が、上記内転歯車の軸心とクランク軸の軸心とを結ぶ線から偏倚した位置に配置されるように形成され、上記各入力手段を上下方向に往復運動させることにより、上記回転力取り出し手段を回転駆動するように構成されたことを特徴とするクランク装置。
- 請求項１記載のクランク装置において、上記入力手段は、上記内転歯車に傾斜するように設けられた案内部に沿って移動可能に設けられた移動子に取り付けられ、この移動子を介して上記案内部に上記内転歯車を転動させる回転力が伝達される際に、上記移動子は、上記内転歯車の転動位置に関係なく、常に上記偏倚した位置であって、上記案内部のうち最下方近傍において存置されるようにしたことを特徴とするクランク装置。
- 請求項２記載のクランク装置において、上記案内部は、楕円または多角形状の軌道を画く軌道誘導手段で形成されていることを特徴とするクランク装置。
- 請求項２記載のクランク装置において、上記案内部は、略直線状に形成された傾斜溝で形成され、この傾斜溝にばね部材を取り付け、このばね部材により上記移動子を常時上記最下方近傍に存置せしめるようにしたことを特徴とするクランク装置。
- 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のクランク装置において、前記内転歯車と前記内歯歯車との噛合部が外部から露呈しないようにカバーで覆うように形成したことを特徴とするクランク装置。
- 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクランク装置において、前記内歯歯車に、前記入力手段を前記上下方向に往復運動させるように規定するガイド手段を設けるようにしたことを特徴とするクランク装置。
- 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で同一面内において互いに反対方向に屈曲して伸びる各クランク腕に回転自在に設けられた外歯を有する一対の内転歯車、上記乗り物本体に固定して設けられ、これらの内転歯車に内接するように噛合して上記各内転歯車を転動させる内歯を有する一対の内歯歯車、これらの内転歯車に設けられ、各内転歯車を転動させる一対のペダル、および上記クランク軸に一体的に設けられ、上記ペダルを介して上記各内転歯車が上記内歯歯車に噛合して転動されることにより上記各クランク腕に伝達された回転力を取り出すスプロケットを具備すると共に、上記内転歯車と上記内歯歯車の歯数比を、上記内転歯車が上記内歯歯車を転動して１周するときに１回転するように形成し、さらに、クランク腕の回転面に沿う面内において、上記上死点近傍における上記一方のペダルの取り付け軸が、上記内転歯車の軸心とクランク軸の軸心とを結ぶ線から偏倚した位置に配置されるように形成され、上記各ペダルを上下方向に往復運動させることにより、上記スプロケットを回転駆動するように構成されたことを特徴とする乗り物用ペダルクランク装置。
- 請求項７記載の乗り物用ペダルクランク装置において、上記ペダルの取り付け軸は、上記内転歯車に傾斜するように設けられた案内部に沿って移動可能に設けられた移動子に取り付けられ、この移動子を介して上記案内部に上記内転歯車を転動させる回転力が伝達される際に、上記移動子は、上記内転歯車の転動位置に関係なく、常に上記偏倚した位置であって、上記案内部のうち最下方近傍において存置されるようにしたことを特徴とする乗り物用ペダルクランク装置。
- 請求項８記載の乗り物用ペダルクランク装置において、上記案内部は、楕円または多角形状の軌道を画く軌道誘導手段で形成されていることを特徴とする乗り物用ペダルクランク装置。
- 請求項８記載の乗り物用ペダルクランク装置において、上記案内部は、略直線状に形成された傾斜溝で形成され、この傾斜溝にばね部材を取り付け、このばね部材により上記移動子を常時上記最下方近傍に存置せしめるようにしたことを特徴とする乗り物用ペダルクランク装置。
- 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の乗り物用ペダルクランク装置において、前記内転歯車と前記内歯歯車との噛合部が外部から露呈しないようにカバーで覆うように形成したことを特徴とする乗り物用ペダルクランク装置。
- 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の乗り物用ペダルクランク装置において、前記内歯歯車に、前記入力手段を前記上下方向に往復運動させるように規定するガイド手段を設けるようにしたことを特徴とする乗り物用ペダルクランク装置。
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