JP7138369B1 - 乗り物用クランク - Google Patents

Abstract

【課題】関節の可動域に合わせて調整することなく、ペダル位置を自動的に変えることができる乗り物用クランクを提供する。【解決手段】乗り物用クランク１０は、回転可能な棒形状のボトムブラケット１６に一方の端部が連結されると共に、一方の端部からボトムブラケット１６の軸線方向と直交する方向に沿って延在されたクランクアーム１４と、クランクアーム１４の長手方向に沿ってスライド可能に配置されると共に、乗員の手又は足ＦＴを載置可能なペダル１２が連結されるスライダ２８と、スライダ２８を付勢するバネ４２と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、乗り物用クランクに関する。

クランクを備えた自転車の乗員は、一方のペダルを踏みこむために、自転車の下方側へ向けて一方の脚を伸ばし、これに伴ってクランクと共に回転する他方のペダルが自転車の上方側へ引き上げられるため、他方の脚の膝関節を曲げる。しかしながら、例えば、関節の病気や怪我等によって膝関節を大きく曲げることが困難な人にとっては、生活やリハビリのために、自転車を使用することが困難となる場合がある。そこで、例えば、クランクアームの長さを予め短く形成した自転車を製造することが考えられるが、この場合のクランクアームの長さは、乗車する人の膝関節の可動域に応じて決まってしまうため、リハビリ用の自転車のように、膝関節の可動域が異なる複数の人が使用するような自転車では、毎回クランクアームを取り換える又は作り替える必要性が生じ得る。

また、特許文献１には、クランクに形成された矩形状の貫通口と、クランクの長手方向に沿ってスライド可能となるように貫通口に嵌め込まれると共に、ペダルが取り付けられるプランジャーと、プランジャー及びペダルをクランクに対して固定するための固定金具と、を有するペダル固定金具付きクランクが開示されている。しかしながら、このようなクランクであっても、複数の人が使用する場合には、使用する人の膝関節の可動域に応じてクランクアームの位置合わせが必要になる。また、ペダルを移動できる範囲は、固定金具の取付位置並び貫通口の位置及び大きさ等によって限定されるため、膝関節の可動域によっては、自転車を使用できない場合が生じ得る。

特開２００９－０９６４４４号公報

本発明の課題は、関節の可動域に合わせて調整することなく、ペダル位置を自動的に変えることができる乗り物用クランクを提供することである。

本発明の一態様によれば、回転可能な棒形状のブラケットに一方の端部が連結されると共に、一方の端部からブラケットの軸線方向と直交する方向に沿って延在されたクランクアームと、クランクアームの長手方向に沿ってスライド可能に配置されると共に、乗員の手又は足を載置可能なペダルが連結されるスライダと、スライダを付勢する付勢手段と、を備えた乗り物用クランクが提供される。

さらに、本発明の別の態様によれば、スライダは、クランクアームの内部に配置されており、付勢手段は、クランクアームの内部において、クランクアームの他方の端部とスライダとの間に配置されており、スライダをクランクアームの一方の端部の側へ向けて付勢することを特徴としてもよい。

また、本発明の別の態様によれば、クランクアームの端部の側へのスライダのスライドを規制する規制要素を備えてもよい。

さらに、本発明の別の態様によれば、付勢手段は、バネとされてもよい。

また、本発明の別の態様によれば、乗り物用クランクは、自転車に設けられてもよい。

本発明に係る乗り物用クランクによれば、クランクアームの長手方向に沿ってスライド可能に形成されたスライダが配置されている。このため、例えば、乗り物用クランクを備えた自転車を漕いでいる乗員が、一方のペダルを踏みこむと、クランクアームに連結された他方のペダルが自転車の上方側へ向けて引き上げられる。このとき、スライダと連結されたペダルは、ペダルに載置された乗員の脚の自重によって、下方側、すなわち、クランクアームの回転中心となるブラケット側へ自動的にスライドする。このため、ペダルとブラケットとの距離を短くすることができ、乗員の膝が曲がることを抑制することができる。また、引き上げられたペダルが、最も高い位置（上死点）へ到達したときに、クランクアームの長手方向と鉛直方向とが一致するため、脚によってクランクアームを回転させる回転力が発生しない一方で、ペダルをブラケット側へ向けて押し下げる力が最も大きくなる。このため、通常の自転車では乗員の膝関節を最も大きく曲げる必要が生じるペダル位置において、ペダルとブラケットとの距離を最も短くすることができるため、乗員の後部側に大腿部と下腿部とによって形成される角度（屈曲角度）が小さくなることを抑制することができる。

さらに、本発明に係る乗り物用クランクによれば、踏み込んだペダルは、自転車の下方側へ向けて回転移動する。このとき、スライダと連結されたペダルは、付勢手段とペダルに載置された乗員の脚の自重とによって、下方側、すなわち、クランクアームの回転中心となるブラケットから離れる方向へ自動的にスライドする。このため、下方側へ回転移動したペダルが、最も低い位置（下死点）へ向かうにつれて、踏み込んだペダルとブラケットとの距離を長くすることができ、ペダルを踏みこむ力によってブラケットに加えられるトルクを増加することができる。

以上のことから、本発明に係る乗り物用クランクは、関節の可動域に合わせて調整することなく、ペダル位置を自動的に変えることができる。

図１は、第１実施形態に係る乗り物用クランクの斜視図を示す。 図２は、第１実施形態に係る乗り物用クランクの分解斜視図を示す。 図３は、第１実施形態に係る乗り物用クランクの中立状態の斜視図を示す。 図４は、図３に示すペダルが、乗員が踏み込むことによってスライドした状態の斜視図を示す。 図５は、第２実施形態に係る乗り物用クランクの中立状態の斜視図を示す。 図６は、図５に示すペダルが、乗員が踏み込むことによってスライドした状態の斜視図を示す。

以下、添付図面を参照して、第１実施形態に係る乗り物用クランクを説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺を変更して説明する場合がある。また、添付の図面に示された乗り物用クランクは、一例とされており、これに限らず、異なる寸法の乗り物用クランクが形成されてもよい。

図１は、本実施形態に係る乗り物用クランク１０の斜視図を示す。本実施形態に係る乗り物用クランク１０は、例えば、脚漕ぎ自転車（図示省略）に適用されており、乗員の足ＦＴを載置するためのペダル１２が連結されると共に、乗員の脚ＬＧによる漕ぐ力をトルクに変換するためのクランクアーム１４を備える。また、クランクアーム１４は、ブラケットとしての棒状のボトムブラケット１６（図３参照）と連結されており、ボトムブラケット１６は、クランクアーム１４が生じさせるトルクによって回転すると共に、スプロケット及びローラチェーン（どちらも図示省略）等を介して自転車の車輪を回転させる。ボトムブラケット１６は、その長手方向が、自転車の進行方向（自転車長手方向）と直交する方向（自転車幅方向）と同一となるように自転車に配置されている。図中には、乗り物用クランク１０を有する自転車の自転車上下方向及び自転車幅方向を矢印で示す。図中のＵＰは、自転車の上方側を示しており、図中のＷは、自転車の幅方向を示す。

クランクアーム１４は、外周形状が直方体状に形成されており、長手方向の一方の端部に、ボトムブラケット１６と連結されるブラケット連結部１８を有する。クランクアーム１４は、ボトムブラケット１６の長手方向（自転車幅方向）と直交する方向（径方向）に沿って配置されると共に、ブラケット連結部１８に連結されたボトムブラケット１６を回転中心として、回転可能とされている。

図２に示されるように、クランクアーム１４の内部には、その長手方向に沿って中空の収容部２０が形成されている。また、クランクアーム１４の自転車幅方向外側の端部には、その長手方向に沿ってスライド溝２２が貫通形成されている。また、クランクアーム１４の自転車幅方向内側の端部には、開口２４が設けられている。開口２４は、クランクアーム１４の使用時には、板状に形成されたカバー２６（図１参照）によって塞がれている。

図２に示されるように、収容部２０の内側には、クランクアーム１４の長手方向に沿ってスライド可能に形成されたスライダ２８が配置されている。スライダ２８は、クランクアーム１４の長手方向（スライダ２８のスライド方向）に沿って延在する柱状の中央部２８Ａと、中央部２８Ａの短手方向の両側部に各々形成された側部２８Ｂと、を有しており、自転車を側方から見て十字状に形成されている。ペダル１２は、スライド溝２２を通じてスライダ２８と連結されている。

スライダ２８の各側部２８Ｂの内部には、スライダ２８の長手方向に沿って取付穴３０が貫通形成されており、取付穴３０の内部には、円筒状に形成されたブッシュ３２が挿入されている。スライダ２８には、取付穴３０に挿入されたブッシュ３２の脱落防止のために、取付穴３０を自転車上方側及び自転車下方側から塞ぐための蓋部材３４を備えたブッシュ押さえ部材３６が取り付けられている。蓋部材３４には、その内径がブッシュ３２の外径と比べて小さく、かつ、ブッシュの内径と比べて同一又は大きい、部材穴部３８が貫通形成されている。

スライダ２８の各側部２８Ｂとクランクアーム１４の他方の端部（ブラケット連結部１８側とは反対側の端部）となるペダル１２側端部との間には、スライダ２８のスライド方向に沿って付勢手段としてのバネ４２が配置されている。バネ４２は、スライダ２８をクランクアーム１４のブラケット連結部１８側（ボトムブラケット１６側）へ付勢するために配置されている。

スライダ２８の各側部２８Ｂには、スライダ２８のスライド方向に沿って配置された棒形状のシャフト４４が挿通されている。具体的には、シャフト４４は、蓋部材３４の部材穴部３８と円筒状に形成されたブッシュ３２の内側に挿通されている。このため、シャフト４４の外径は、部材穴部３８及びブッシュ３２の内径と同一又はこれらよりも小さくなるように形成されている。また、シャフト４４は、スライダ２８の各側部２８Ｂとクランクアーム１４のペダル１２側端部との間に配置されたバネ４２の内側にも挿通されている。これによって、スライダ２８とバネ４２とが、シャフト４４に沿って配置されている。

シャフト４４のボトムブラケット１６側端部は、自転車幅方向内側に配置されたシャフト押さえ部材４６をクランクアーム１４にボルト締結することによって、クランクアーム１４に固定されている。また、シャフト４４のペダル１２側端部には、シャフト４４の軸方向（クランクアーム１４の長手方向）に沿ってねじ穴（図示省略）が形成されている。このため、シャフト４４のペダル１２側端部は、クランクアーム１４の外側から外側ねじ穴４８を通じて挿通されたシャフト固定ねじ５０によってクランクアーム１４に固定されている。

ペダル１２は、自転車幅方向に沿って配置された固定軸５４と、固定軸５４を回転中心として回転可能に形成されており、乗員の足ＦＴを載置する載置部５６と、を有する。スライダ２８の中央部２８Ａのペダル１２側端部には、内周形状が固定軸５４の外周形状と同一とされた嵌入部５２が自転車幅方向に沿って形成されている。ペダル１２は、固定軸５４が、スライド溝２２を通じて嵌入部５２に嵌入された状態で固定されている。

スライダ２８の中央部２８Ａのボトムブラケット１６側端部には、スライダ２８のスライド方向に沿って中央部ねじ穴２８Ａ１が形成されており、中央部ねじ穴２８Ａ１には、規制要素としての上死点側規制ねじ５８が螺入されている。上死点側規制ねじ５８は、スライダ２８の中央部２８Ａからボトムブラケット１６側へ突き出るように配置されている。このため、スライダ２８が収容部２０内をボトムブラケット１６側へ向けてスライドした際に、スライダ２８よりも先に収容部２０のボトムブラケット１６側端部に到達し、スライダ２８のボトムブラケット１６側への過度のスライドを規制することができる。また、上死点側規制ねじ５８は、スライダ２８の中央部２８Ａから突き出した長さを調節することができるため、スライダ２８のボトムブラケット１６側の規制範囲を調整することができる。

クランクアーム１４の収容部２０のペダル１２側端部には、スライダ２８のスライド方向に沿って規制要素としての下死点側規制ねじ６０が配置されている。下死点側規制ねじ６０は、クランクアーム１４の外側から螺入されており、収容部２０側へ突き出す長さを調整することができる。下死点側規制ねじ６０の先端部６０Ａは、スライダ２８の中央部２８Ａとスライド方向の同じ軸線上に配置されており、ペダル１２側へスライドしたスライダ２８と衝突するように配置されている。これによって、下死点側規制ねじ６０は、スライダ２８が、過度にペダル１２側へスライドすることを規制することができる。

なお、ここでは、スライダ２８は、シャフト４４に沿ってクランクアーム１４の長手方向にスライド可能であるとして説明したが、これに限らず、例えば、スライダの側部を収容部に形成した溝にスライド可能に嵌め込むことによって、スライダが、クランクアームに対してスライド可能とされてもよい。

さらに、ここでは、シャフト４４は、スライダ２８の側部２８Ｂに１本ずつ合計２本配置されているとして説明したが、これに限らず、例えば、シャフトが１本だけ配置されてもよく、さらに、スライダのシャフト回りの回動を抑制するためにペダルの固定軸にベアリングが設けられる等他の態様によってスライダがクランクアームに配置されてもよい。

本実施形態の作用及び効果について、以下に説明する。

図３には、乗員がペダル１２に足ＦＴを載置していない状態の乗り物用クランク１０を示す。乗員がペダル１２に足ＦＴを載置していない状態では、スライダ２８は、ペダル１２（図４参照）及びスライダ２８の重量とバネ４２によるバネ力とが釣り合った中立状態にある、又は、図３に示すように、バネ４２によって付勢された状態にある。図４には、乗員がペダル１２に脚ＬＧ（足ＦＴ）を載置した状態の乗り物用クランク１０を示す。ペダルが高い位置（上死点ＴＤ側）にあるときには、脚ＬＧ（足ＦＴ）の自重によってペダル１２がボトムブラケット１６側へ自動的にスライドするように、又は、図３に示すように、バネ４２だけでボトムブラケット１６側へ付勢された状態となるように、バネ４２の強さ（バネ定数）が設定されている。また、ペダルが低い位置（下死点ＢＤ側）にあるときには、乗員が踏み込んだ力に応じてバネ４２が圧縮されるため、ペダル１２をボトムブラケット１６から離れる方向へ自動的にスライドさせることができる。

本実施形態に係る乗り物用クランク１０によれば、乗り物用クランク１０を備えた自転車を漕いでいる乗員が、一方のペダル１２を踏みこむと、クランクアーム１４に連結された他方のペダル１２が自転車の上方側へ向けて引き上げられる。このとき、スライダ２８と連結されたペダル１２は、ペダル１２に載置された乗員の脚ＬＧの自重によって、自転車下方側、すなわち、クランクアーム１４の回転中心となるボトムブラケット１６側へ自動的にスライドする。このため、ペダル１２とボトムブラケット１６との距離を短くすることができ、乗員の膝が曲がることを抑制することができる。また、引き上げられたペダル１２が、最も高い位置（上死点ＴＤ）へ到達したときに、クランクアーム１４の長手方向と鉛直方向とが一致するため、脚ＬＧによってクランクアーム１４を回転させる回転力が発生しない一方で、ペダル１２をボトムブラケット側へ向けて押し下げる力が最も大きくなる。このため、通常の自転車では乗員の膝関節を最も大きく曲げる必要が生じるペダル位置（上死点ＴＤ）において、ペダル１２とボトムブラケット１６との距離を最も短くすることができるため、乗員の後部側に大腿部と下腿部とによって形成される屈曲角度が小さくなることを抑制することができる。

さらに、本実施形態に係る乗り物用クランク１０によれば、踏み込んだペダル１２は、自転車の下方側へ向けて回転移動する。このとき、スライダ２８と連結されたペダル１２は、バネ４２とペダル１２に載置された乗員の脚ＬＧの自重とによって、自転車下方側、すなわち、クランクアーム１４の回転中心となるボトムブラケット１６から離れる方向へ自動的にスライドする。このため、下方側へ回転移動したペダルが、最も低い位置（下死点ＢＤ）へ向かうにつれて、踏み込んだペダル１２とボトムブラケット１６との距離（トルクレバー）を長くすることができ、ペダル１２を踏みこむ力によってボトムブラケット１６に加えられるトルクを増加することができる。これによって、漕ぐ力を変えずにトルクを増加させることができるため、例えば、坂道や強い向かい風に遭遇した場合や急加速したい場合といったトルクを増加させたい場合において、通常の自転車よりも容易にトルクを増加させることができる。

また、本実施形態に係る乗り物用クランク１０を乗り物に適用する場合には、クランクアーム１４周辺の構造を変更する必要はなく、クランクアーム１４だけを取り付ける（取り換える）だけでよいため、簡便に適用することができる。

以上のことから、本実施形態に係る乗り物用クランク１０は、関節の可動域に合わせて調整することなく、ペダル１２の位置を自動的に変えることができる。

さらに、本実施形態に係る乗り物用クランク１０によれば、スライダ２８の中央部２８Ａには、上死点側規制ねじ５８が螺入されている。上死点側規制ねじ５８は、スライダ２８の中央部２８Ａよりもボトムブラケット１６側へ突き出るように配置されている。このため、スライダ２８が収容部２０内をボトムブラケット１６側へスライドした際に、スライダ２８よりも先に収容部２０のボトムブラケット１６側端部に到達し、スライダ２８のボトムブラケット１６側への過度のスライドを規制することができる。また、上死点側規制ねじ５８は、スライダ２８の中央部２８Ａから突き出した長さを調節することができるため、スライダ２８のボトムブラケット１６側の規制範囲を簡単に調整することができる。

また、本実施形態に係る乗り物用クランク１０によれば、クランクアーム１４の収容部２０のペダル１２側端部には、スライダ２８のスライド方向に沿って下死点側規制ねじ６０が配置されている。下死点側規制ねじ６０の先端部６０Ａは、スライダ２８の中央部２８Ａとスライド方向の同じ軸線上に配置されており、ペダル１２側へスライドしたスライダ２８と衝突するように配置されている。このため、下死点側規制ねじ６０は、スライダ２８が、過度にペダル１２側へスライドすることを規制することができる。さらに、下死点側規制ねじ６０は、クランクアーム１４の外側から螺入されており、収容部２０側へ突き出す長さを調整することができるため、スライダ２８のペダル１２側の規制範囲を簡単に調整することができる。

さらに、スライダ２８は、挿通された２本のシャフト４４に支持されているため、スライダ２８がシャフト４４の軸線方向回りに回動することを抑制することができる。これによって、乗員の脚ＬＧがペダル１２を踏み込む力を安定してボトムブラケット１６のトルクに変換することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態に係る乗り物用クランク７０について説明する。第１実施形態と同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図５には、乗員がペダル１２に足ＦＴを載置していない状態の乗り物用クランク７０を示す。本実施形態に係る乗り物用クランク７０によれば、スライダ２８の側部２８Ｂとクランクアーム１４の収容部２０のブラケット連結部１８側（ボトムブラケット１６側）端部との間には、スライダ２８のスライド方向に沿ってブラケット側バネ７２が配置されている。ブラケット側バネ７２は、スライダ２８をボトムブラケット１６から離れる方向（ペダル１２側）へ付勢するために配置されている。ブラケット側バネ７２の内側にはシャフト４４が挿通されており、スライダ２８の側部２８Ｂのブラケット連結部１８側とペダル１２側には、ブラケット側バネ７２とバネ４２とがそれぞれ配置されている。ブラケット側バネ７２は、バネ４２よりもバネ定数が小さく（バネが弱く）設定されている。乗員がペダル１２に足ＦＴを載置していない状態では、ペダル１２及びスライダ２８の重量とブラケット側バネ７２及びバネ４２によるバネ力とが釣り合った中立状態にある。

図６には、乗員がペダル１２に脚ＬＧ（足ＦＴ）を載置した状態の乗り物用クランク７０を示す。ペダルが高い位置（上死点ＴＤ側）にあるときには、脚ＬＧ（足ＦＴ）の自重によって、ペダル１２がボトムブラケット１６側へ自動的にスライドするようにバネ４２が設定されている。このため、通常の自転車では乗員の膝関節を最も大きく曲げる必要が生じるペダル位置（上死点ＴＤ）において、ペダル１２とボトムブラケット１６との距離を最も短くすることができるため、乗員の膝の屈曲角度が小さくなることを抑制することができる。また、ペダルが低い位置（下死点ＢＤ側）にあるときには、乗員が踏み込んだ力に応じてバネ４２が圧縮されるため、ペダル１２をボトムブラケット１６から離れる方向へ自動的にスライドさせることができる。このため、下方側へ回転移動したペダルが、最も低い位置（下死点ＢＤ）へ向かうにつれて、踏み込んだペダル１２とボトムブラケット１６との距離（トルクレバー）を長くすることができ、ペダル１２を踏みこむ力によってボトムブラケット１６に加えられるトルクを増加することができる。さらに、スライダ２８のスライド方向の両側にブラケット側バネ７２とバネ４２とが配置されているため、下死点ＢＤ側だけでなく上死点ＴＤ側においてもペダル１２を踏み込んだ乗員の踏み心地を向上させることができる。

なお、ここでは、乗り物用クランク１０、７０は、脚漕ぎ自転車に適用されるとして説明したが、これに限らず、ペダルに載置した手によって漕ぐハンドサイクルに適用されてもよい。

さらに、ここでは、乗り物用クランク１０、７０は、自転車に適用されるとして説明したが、これに限らず、例えば、脚漕ぎボートのようなクランクペダル付きの自転車以外の乗り物に適用されてもよい。

また、ここでは、付勢手段にはバネ４２が用いられているとして説明したが、これに限らず、例えば、ゴム、空気バネ等の他の付勢手段が用いられてもよい。

さらに、ここでは、シャフト４４に沿ってスライド可能なスライダ２８が収容部２０内に配置された乗り物用クランク１０、７０の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。当業者が想到する範囲において、上記の実施形態の様々な変形が本発明の実施形態に含まれる。

１０ 乗り物用クランク
１２ ペダル
１４ クランクアーム
１６ ボトムブラケット（ブラケット）
２８ スライダ
４２ バネ（付勢手段）
５８ 上死点側規制ねじ（規制要素）
６０ 下死点側規制ねじ（規制要素）
７０ 乗り物用クランク
ＦＴ 足

Claims (4)

1. 回転可能な棒形状のブラケットに一方の端部が連結されると共に、前記一方の端部から前記ブラケットの軸線方向と直交する方向に沿って延在されたクランクアームと、
   前記クランクアームの長手方向に沿ってスライド可能に配置されると共に、乗員の手又は足を載置可能なペダルが連結されるスライダと、
   前記スライダを付勢する付勢手段と、
   前記スライダのスライド範囲を調節可能な規制要素と、
   を備えた乗り物用クランク。
2. 前記スライダは、前記クランクアームの内部に配置されており、
   前記付勢手段は、前記クランクアームの内部において、前記クランクアームの他方の端部と前記スライダとの間に配置されており、前記スライダを前記クランクアームの前記一方の端部の側へ向けて付勢する、ことを特徴とする請求項１に記載の乗り物用クランク。
3. 前記付勢手段は、バネとされている、請求項１又は請求項２に記載の乗り物用クランク。
4. 前記乗り物用クランクは、自転車に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の乗り物用クランク。

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