JP3215621B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人力を主たる動力源と
して走行・駆動・推進する、自転車・車椅子・人力飛行
機・水上／水中推進体、ホテル・病院・倉庫などで稼働
するワゴン・カート・運搬車、その他、手回しで作動す
るウインチ、昇降・撹拌・プレス・介護機器などの駆動
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人力駆動装置として多く見掛けるもの
に、イ）自転車のペダルクランク方式、ロ）手動ウイン
チのアームクランク方式、ハ）フィットネス機器とか小
型エンジンの始動などに用いるチェーン又はロープ牽引
方式、ニ）ローイング＝舟漕ぎ方式などを挙げることが
できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】クリーンエネルギーが
強く求められている今日、動力源を人力に頼る諸装置、
機械、乗物等について、よりいっそう有効な手段を見つ
けようと考えるのは理に適っている。操者の姿勢、機械
の種類、駆動方式等に就いて、肉体疲労の軽減も含めて
見直すとき、人間の筋力は『押し』と『引き』に優れて
いる。本発明は、この人間の筋力の『押し』と『引き』
に適したリニアドライブ（往復直線運動）方式の新たな
駆動装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記新たな駆動装置は、
固定歯車(2)、駆動歯車(4)の歯数比を２：１とし、駆動
歯車、第１アイドル歯車(3)及び固定歯車よりなる歯車
列と、第１アイドル歯車(3)と一体に回転するとともに
歯数が第１アイドル歯車より多い第２アイドル歯車(3a)
と従動歯車(5)とよりなる歯車列と、駆動歯車、第１ア
イドル歯車及び第２アイドル歯車を保持する従動レバー
(11)と、従動レバーに回転自在に支持され、駆動歯車を
固着してなる入力軸(7)と、第１，第２アイドル歯車を
従動レバーに回転自在に支持するアイドラー軸(9)と、
入力軸(7)に一方の端部を結合し他方の端部にハンドル
(14)を有し、腕の長さが従動レバーの腕の長さに等しい
入力レバー(13)と、第１ワンウェイクラッチ(6)を介し
て従動レバーが嵌合され、第２ワンウェイクラッチ(6a)
を介して従動歯車が嵌合される出力軸(10)と、出力軸を
回転自在に支持するとともに、出力軸の軸心が固定歯車
の中心と同軸になるように固定歯車を固定する保持枠
(1)と、からなり、ハンドルの往復動による従動レバー
の揺動方向と従動歯車の回転方向が反対となり、ハンド
ルの往動又は復動で従動レバーの第１ワンウェイクラッ
チが作用し、ハンドルの復動又は往動で従動歯車の第２
ワンウェイクラッチが作用して出力軸に回転を与えるこ
とを特徴とするもの（請求項１）、また、固定歯車
(2)、駆動歯車(4)の歯数比を２：１とし、駆動歯車、第
１アイドル歯車(3)及び固定歯車よりなる歯車列と、第
１アイドル歯車(3)と一体に回転するとともに歯数が第
１アイドル歯車より多い第２アイドル歯車(3a)と従動歯
車(5)とよりなる歯車列と、駆動歯車、第１アイドル歯
車及び第２アイドル歯車を保持する従動レバー(11)と、
従動レバーに回転自在に支持され、駆動歯車を固着して
なる入力軸(7)と、第１、第２アイドル歯車を従動レバ
ーに回転自在に支持するアイドラー軸(9)と、入力軸(7)
に一方の端部を結合し他方の端部にペダルを有し、腕の
長さが従動レバーの腕の長さに等しい入力レバー(13)
と、ペダルを元の位置に戻す復帰スプリングと、第１ワ
ンウェイクラッチ(6)を介して従動レバーが嵌合され、
第２ワンウェイクラッチ(6a)を介して従動歯車が嵌合さ
れる出力軸(10)と、出力軸を回転自在に支持するととも
に、出力軸の軸心が固定歯車の中心と同軸になるように
固定歯車を固定する保持枠(1)と、からなり、ペダルの
往復動による従動レバーの揺動方向と従動歯車の回転方
向が反対となり、ペダルの往動又は復動で従動レバーの
第１ワンウェイクラッチが作用し、ペダルの復動又は往
動で従動歯車の第２ワンウェイクラッチが作用して出力
軸に回転を与えることを特徴とするもの（請求項２）、
また、第１入力リンク(15)、他方の端部に歯型が形成さ
れている第１従動リンク(16)、これらリンクの一方の端
部を回転自在に連結する第１トグルピン(8)からなる第
１トグルリンクと、第２入力リンク(15a)、他方の端部
に歯型が形成されている第２従動リンク(16a)、これら
リンクの一方の端部を回転自在に連結する第２トグルピ
ン(8a)からなる第２トグルリンクと、第１，第２従動リ
ンク(16)、(16a)の他方の端部に設けられた第１のワン
ウェイクラッチ(6b)、第２のワンウェイクラッチ(6c)
と、第１，第２のワンウェイクラッチ(6b)、(6c)を介し
て第１、第２従動リンク(16)、(16a)の他方の端部が、
その歯型が互いに噛み合うように嵌合される第１出力軸
(10a)、第２出力軸(10b)と、第１，第２出力軸を回転自
在に支持する保持枠(1)と、第１，第２入力リンクの他
方の端部を連結するハンドル(17)と、からなり、第１ト
グルリンクと第２トグルリンクとは対称に設けられ、ハ
ンドルの往動又は復動で第１のワンウェイクラッチが作
用して第１出力軸に回転を与え、復動又は往動で第２の
ワンウェイクラッチが作用して第２出力軸に回転を与え
ることを特徴とするもの（請求項３）である。

【０００５】

【作用】請求項１に係る発明は、ハンドル(14)を往動又
は復動させると、入力レバー(13)が揺動し、入力軸(7)
及びこれに固着した駆動歯車(4)が回転し、次いで、第
１アイドル歯車(3)が、固定歯車(2)と噛み合いながら行
き来して、従動レバー(11)を揺動させることになる。揺
動する従動レバーは、第１ワンウェイクラッチ(6)を介
して出力軸(10)を回転する。この時、従動歯車(5)は従
動レバー(11)と反対の方向に回転し第２ワンウェイクラ
ッチ(6a)は作用しない。ハンドル(14)を復動又は往動さ
せると、往動又は復動の場合とは反対に揺動、回転し、
従動歯車(5)は第２ワンウェイクラッチ(6a)を介して出
力軸(10)を回転する。この時、従動レバー(11)は従動歯
車(5)と反対の方向に揺動し、第１ワンウェイクラッチ
(6)は作用しない。請求項２に係る発明も、ハンドルと
ペダルの違いはあるが、同様に作用する。請求項３に係
る発明は、ハンドル(17)を往動又は復動させると、第
１，第２入力リンク(15)、(15a)及び第１，第２従動リ
ンク(16)、(16a)が揺動し、この揺動により、第１従動
リンク(16)は第１のワンウェイクラッチ(6b)を介して第
１出力軸(10a)を回転する。この時、第２従動リンク(16
a)の第２のワンウェイクラッチ(6a)は作用しない。ハン
ドル(14)を復動又は往動させると、往動又は復動の場合
とは反対に揺動し、この揺動により、第２従動リンク(1
6a)は第２のワンウェイクラッチ(6c)を介して第２出力
軸(10b)を回転する。この時、第１従動リンク(16)の第
１のワンウェイクラッチ(6b)は作用しない。

【０００６】

【実施の態様】請求項１に係る発明を図１，２に記載さ
れている実施例に基づいて説明する。保持枠(1)は、固
定歯車(2)を固定するとともに、出力軸(10)を回転自在
に支持している。出力軸の軸心は固定歯車の中心と同軸
となるようにしている。出力軸(10)には第１ワンウェイ
クラッチ(6)を介して従動レバー(11)が嵌合され、第２
ワンウェイクラッチ(6a)を介して従動歯車(5)が嵌合さ
れている。第１ワンウェイクラッチ(6)は、第２ワンウ
ェイクラッチ(6a)とは反対の回転方向で作用するように
設けられている。従動レバー(11)には、入力軸(7)が回
転自在に支持されており、この入力軸(7)にキー(12)を
介して駆動歯車(4)が固着されている。駆動歯車(4)と噛
み合う第１アイドル歯車(3)とこの第１アイドル歯車(3)
と一体に回転し、歯数が第１アイドル歯車(3)より多い
第２アイドル歯車(3a)とがアイドラー軸(9)を介して従
動レバー(11)に回転自在に支持されている。入力レバー
(13)は、一端が入力軸(7)の端部に結合されており、そ
の他端にはハンドル(14)を有している。ハンドル(14)の
動きが図２のリニアドライブ（往復直線運動）軌道に沿
うように固定歯車(2)と駆動歯車(4)の歯数比を２：１と
し、入力レバー(13)と従動レバー(11)の腕の長さを等し
くしている。駆動歯車(4)、第１アイドル歯車(3)及び固
定歯車(2)よりなる歯車列と、第１アイドル歯車(3)と一
体に回転するとともに歯数が第１アイドル歯車より多い
第２アイドル歯車(3a)と従動歯車(5)とよりなる歯車列
とが構成されている。そして、ハンドル(14)を往動又は
復動させると、入力レバー(13)が揺動し、入力軸(7)及
びこれに固着した駆動歯車(4)が回転し、次いで、第１
アイドル歯車(3)が、固定歯車(2)と噛み合いながら行き
来して、従動レバー(11)を揺動させることになる。揺動
する従動レバーは、第１ワンウェイクラッチ(6)を介し
て出力軸(10)を回転する。この時、従動歯車(5)は従動
レバー(11)と反対の方向に回転し、第２ワンウェイクラ
ッチ(6a)は作用しない。ハンドル(14)を復動又は往動さ
せると、往動又は復動の場合とは反対に揺動、回転し、
従動歯車(5)は第２ワンウェイクラッチ(6a)を介して出
力軸(10)を回転する。この時、従動レバー(11)は従動歯
車(5)と反対の方向に揺動し、第１ワンウェイクラッチ
(6)は作用しない。請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明において、ハンドル(14)にかえてペダルを設け
るとともに、ペダルを元に戻す復帰スプリングを設けた
ものであり、請求項１に係る発明と同様の作用を生じ
る。なお、復帰スプリングを設けることに代えて、２組
で一対の機構に仕立て左右の足の「押し」の動作が、常
時、相手の「引き」を誘起する仕組みにすることもでき
る。請求項３に係る発明を図３、４に記載されている実
施例に基づいて説明する。保持枠(1)は、第１出力軸(10
a)と第２出力軸(10b)を回転自在に支持している。第１
入力リンク(15)と第１従動リンク(16)の一方の端部とを
第１トグルピン(8)を介して回転自在に連結して第１ト
グルリンクとし、同じく、第２入力リンク(15a)と第２
従動リンク(16a)の一方の端部とを第２トグルピン(8a)
を介して回転自在に連結して第２トグルリンクとしてい
る。第１従動リンク(16)、第２従動リンク(16a)の他方
の端部には歯型が形成されているとともに、第１のワン
ウェイクラッチ(6b)、第２のワンウェイクラッチ(6c)が
設けられている。これら第１従動リンク(16)、第２従動
リンク(16a)の他方の端部は、第１，第２のワンウェイ
クラッチ(6b)、(6c)を介して、その歯型が互いに噛み合
うように第１出力軸(10a)、第２出力軸(10b)に嵌合され
ている。第１入力リンクと第２入力リンクの他方の端部
はハンドル(17)を介して連結されている。そして、第１
トグルリンクと第２トグルリンクとは対称になってい
る。第１のワンウェイクラッチ(6b)は、ハンドル(17)の
往動又は復動における第１従動リンク(16)の揺動で作用
するように設け、第２のワンウェイクラッチ(6c)は、ハ
ンドル(17)の復動又は往動における第２従動リンク(16
a)の揺動で作用するように設けられている。したがっ
て、ハンドル(17)を往動又は復動させると、第１，第２
入力リンク(15)、(15a)及び第１，第２従動リンク(1
6)、(16a)が揺動し、この揺動により、第１従動リンク
(16)は第１のワンウェイクラッチ(6b)を介して第１出力
軸(10a)を回転する。この時、第２従動リンク(16a)の第
２のワンウェイクラッチ(6c)は作用しない。また、ハン
ドル(14)を復動又は往動させると、往動又は復動の場合
とは反対に揺動し、この揺動により、第２従動リンク(1
6a)は第２のワンウェイクラッチ(6c)を介して第２出力
軸(10b)を回転する。この時、第１従動リンク(16)の第
１のワンウェイクラッチ(6b)は作用しない。

【０００７】

【発明の効果】車椅子の場合、通常、大きい車輪の外側
にあるハンドリングを、操者が手回しして動く仕組みに
なっている。それ故に、車輪の位置や大きさを操者の手
・足の届く範囲内にしかもっていけない構造上の悩みが
ある。ブレーキが別個なため、ハンドリングから手を離
した途端に、上り坂で後退したり、下り坂で予想以上に
早く転がり降りる危険を伴って、運転時に余分なストレ
スが多い。更に、手首や袖が車輪に触れて汚れることも
ある。本発明にはそれがない。ハンドルやペダル部近く
に、前進／後退／ニュートラル／ブレーキなど、操縦に
必要な機能を集中して備えやすく、運転操作の自由度が
飛躍的に向上する。又、自転車で、円回動するペダルの
有効な駆動力は、全円周３６０度のうち、地面に鉛直な
方向に向かった、下降局面だけだが、本発明の駆動装置
は、ワンウェイクラッチの作用により遊び角（約１度）
以外、絶えず被駆動体への駆動力を供給することができ
る。また、ワンウェイクラッチの逆転防止機能は、後ず
さりに対して自動ロックの役割を果たし、操者の不安を
取り除く点も無視できない効果を提供する。

【０００８】人力作動機器に例を取れば、アームクラン
ク型の場合に顕著であるが、ハンドルの位置と力のいれ
具合に因って、機器がぐらつくことは多くの人が経験し
ている。本発明の駆動装置は、その点、力の方向を床、
或いは、地面に向かって踏み込んだり、逆に、機器その
ものの重みに抗して上方に引き上げる等と、重力や床面
の反力を利用出来るばかりか、ハンドルやペダルの挙動
空間が小さくて済むことになる。

【０００９】理論的問題に触れると、円回動するペダル
はその回転運動の中心の周囲に、クランク長を半径とす
る挙動領域を必要とするが、本発明の往復直線運動は回
転運動の中心を中心とする放射線状のいかなる角度から
も、回転運動の中心に向かって、或いは回転運動の中心
から外に向かって作動すればよいのだから、円回動する
従来型ペダルクランクより反円分だけ回転運動の中心の
配置の自由度が広がる。

【００１０】人間の筋肉或いは動作は、押し引きにおい
て、筋力又は持久力を最もよく発揮し、疲労も少ないこ
とが知られている。本発明は、このことに適した駆動装
置である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係わる本発明駆動装置の正面図であ
る。

【図２】請求項１に係わる本発明駆動装置の側面図であ
る。

【図３】請求項３に係わる本発明装置の側面図である。

【図４】第３図のＡ−Ａ部の断面図である。

【符号の説明】

１ 保持枠 ２ 固定歯車 ３ 第１アイドル歯車 ３ａ 第２アイドル歯車 ４ 駆動歯車 ５ 従動歯車 ６ 第１ワンウェイクラッチ ６ａ 第２ワンウェイクラッチ ６ｂ 第１のワンウェイクラッチ ６ｃ 第２のワンウェイクラッチ ７ 入力軸 ８ 第１トグルピン ８ａ 第２トグルピン ９ アイドラー軸 １０ 出力軸 １０ａ 第１出力軸 １０ｂ 第２出力軸 １１ 従動レバー １２ キー １３ 入力レバー １４ ハンドル １５ 第１入力リンク １５ａ 第２入力リンク １６ 第１従動リンク １６ａ 第２従動リンク １７ ハンドル

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−110236（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−120760（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−89594（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−172196（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−158088（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭17−2439（ＪＰ，Ｙ１) 実公10753（大正14年）（ＪＰ，Ｙ１ Ｔ) ニコラス Ｐ．チロニス 編著 横山 良明 訳「自動化ブックス（２）実例 メカニカル・コントロール（１）」（昭 54−８−10）大河出版 Ｐ．140−142 野口 尚一「機構學」（昭17−11− 20）山海堂出版部 Ｐ．425−431（第15 −29図) 芦葉 清三郎「機械運動機構」（昭32 −10−15）技報堂 Ｐ．36−37（166. カルダン円応用の直線運動機構（３）) 機械の素復刊委員会 編「新編 機械 の素」（1976−３−25）理工学社 Ｐ. 78（11．８ ３個の平歯車による平行運 動（その１）) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 21/20,21/40 F16H 35/00,37/12 B62M 1/04,1/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定歯車(2)、駆動歯車(4)の歯数比を２：
   １とし、駆動歯車、第１アイドル歯車(3)及び固定歯車
   よりなる歯車列と、 第１アイドル歯車(3)と一体に回転するとともに歯数が
   第１アイドル歯車より多い第２アイドル歯車(3a)と従動
   歯車(5)とよりなる歯車列と、 駆動歯車、第１アイドル歯車及び第２アイドル歯車を保
   持する従動レバー(11)と、 従動レバーに回転自在に支持され、駆動歯車を固着して
   なる入力軸(7)と、 第１，第２アイドル歯車を従動レバーに回転自在に支持
   するアイドラー軸(9)と、 入力軸(7)に一方の端部を結合し他方の端部にハンドル
   (14)を有し、腕の長さが従動レバーの腕の長さに等しい
   入力レバー(13)と、 第１ワンウェイクラッチ(6)を介して従動レバーが嵌合
   され、第２ワンウェイクラッチ(6a)を介して従動歯車が
   嵌合される出力軸(10)と、 出力軸を回転自在に支持するとともに、出力軸の軸心が
   固定歯車の中心と同軸になるように固定歯車を固定する
   保持枠(1)と、 からなり、 ハンドルの往復動による従動レバーの揺動方向と従動歯
   車の回転方向が反対となり、 ハンドルの往動又は復動で従動レバーの第１ワンウェイ
   クラッチが作用し、ハンドルの復動又は往動で従動歯車
   の第２ワンウェイクラッチが作用して出力軸に回転を与
   えることを特徴とする駆動装置。
2. 【請求項２】固定歯車(2)、駆動歯車(4)の歯数比を２：
   １とし、駆動歯車、第１アイドル歯車(3)及び固定歯車
   よりなる歯車列と、 第１アイドル歯車(3)と一体に回転するとともに歯数が
   第１アイドル歯車より多い第２アイドル歯車(3a)と従動
   歯車(5)とよりなる歯車列と、 駆動歯車、第１アイドル歯車及び第２アイドル歯車を保
   持する従動レバー(11)と、 従動レバーに回転自在に支持され、駆動歯車を固着して
   なる入力軸(7)と、 第１，第２アイドル歯車を従動レバーに回転自在に支持
   するアイドラー軸(9)と、 入力軸(7)に一方の端部を結合し他方の端部にペダルを
   有し、腕の長さが従動レバーの腕の長さに等しい入力レ
   バー(13)と、 ペダルを元の位置に戻す復帰スプリングと第１ワンウェ
   イクラッチ(6)を介して従動レバーが嵌合され、第２ワ
   ンウェイクラッチ(6a)を介して従動歯車が嵌合される出
   力軸(10)と、 出力軸を回転自在に支持するとともに、出力軸の軸心が
   固定歯車の中心と同軸になるように固定歯車を固定する
   保持枠(1)と、 からなり、 ペダルの往復動による従動レバーの揺動方向と従動歯車
   の回転方向が反対となり、 ペダルの往動又は復動で従動レバーの第１ワンウェイク
   ラッチが作用し、ペダルの復動又は往動で従動歯車の第
   ２ワンウェイクラッチが作用して出力軸に回転を与える
   ことを特徴とする駆動装置。
3. 【請求項３】第１入力リンク(15)、他方の端部に歯型が
   形成されている第１従動リンク(16)、これらリンクの一
   方の端部を回転自在に連結する第１トグルピン(8)から
   なる第１トグルリンクと、 第２入力リンク(15a)、他方の端部に歯型が形成されて
   いる第２従動リンク(16a)、これらリンクの一方の端部
   を回転自在に連結する第２トグルピン(8a)からなる第２
   トグルリンクと、 第１，第２従動リンク(16)、(16a)の他方の端部に設け
   られた第１のワンウェイクラッチ(6b)、第２のワンウェ
   イクラッチ(6c)と、 第１，第２のワンウェイクラッチ(6b)、(6c)を介して第
   １，第２従動リンク(16)、(16a)の他方の端部が、その
   歯型が互いに噛み合うように嵌合される第１出力軸(10
   a)、第２出力軸(10b)と、 第１，第２出力軸を回転自在に支持する保持枠(1)と、 第１，第２入力リンクの他方の端部を連結するハンドル
   (17)と、 からなり、 第１トグルリンクと第２トグルリンクとは対称に設けら
   れ、 ハンドルの往動又は復動で第１のワンウェイクラッチが
   作用して第１出力軸に回転を与え、復動又は往動で第２
   のワンウェイクラッチが作用して第２出力軸に回転を与
   えることを特徴とする駆動装置。