JPH0754829A - クランク装置 - Google Patents

クランク装置

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JPH0754829A
JPH0754829A JP5174349A JP17434993A JPH0754829A JP H0754829 A JPH0754829 A JP H0754829A JP 5174349 A JP5174349 A JP 5174349A JP 17434993 A JP17434993 A JP 17434993A JP H0754829 A JPH0754829 A JP H0754829A
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crank
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crank arm
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Sokan Shu
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 クランクアームの回転軌跡を大きくすること
なく、所定の作用力から大きなトルクを発生できるクラ
ンク装置を提供する。 【構成】 長さ方向にスライド可能に連結する第１アー
ム７と第２アーム８によりクランクアーム６を形成し、
各アーム７、８の連結部に、クランクアーム６と連動し
て回転するピニオン１３を設ける。第２アーム８に、平
行に対向するラック歯１７、１８を設け、ピニオン１３
に設けた係合歯１９を、クランクアームの半回転ごとに
交互に上記ラック歯１７とラック歯１８に噛み合せる。
上記の構造では、クランクアーム６は半回転ごとに全長
が伸縮し、伸長した位置で外力を作用させることによ
り、大きなトルクを発生できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、クランク装置に関
し、例えば自転車のクランクペダル機構や、自動車エン
ジンのピストンとクランク軸の連結などに用いられる。
【０００２】
【従来の技術】この種のクランク装置は、図４（ｂ）に
示すように、クランクアーム１１１の一端を回転軸１１
２に連結し、クランクアーム１１１の他端に力Ｆを作用
させて回転軸１１２を回すようにしている。
【０００３】従来のクランク装置は、クランクアーム１
１１の長さＬ’が一定であり、クランクアーム１１１は
回転軸１１２を中心に真円運動をし、その回転により回
転軸１１２にトルクＴを発生させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば自転
車のクランクペダル機構においては、実際にペダルを踏
み込む範囲はクランクアーム１１１の回転範囲のうち約
半分の部分だけであり、その範囲だけが外力の作用する
範囲となり、残りの部分は、回転の惰性によってクラン
クアームが回転する慣性範囲となる。
【０００５】また、同様に自動車エンジンでは、クラン
クアームの回転のうち、燃焼ガスの爆発によってピスト
ンが加速される回転範囲だけが力の作用範囲であり、他
の部分は慣性で回転する範囲となる。
【０００６】しかしながら、図４（ｂ）に示す従来のク
ランク装置において、得られるトルクＴを出来るだけ大
きくするためには、クランクアーム１１１の全体の長さ
Ｌを大きくする必要があり、これでは、クランク装置全
体の形状や作動スペースが大きくなる問題がある。
【０００７】また、クランクアーム１１１が長くなり、
その回転半径が大きくなると、自転車のクランクペダル
機構においてペダル踏み込みの操作性が悪くなる問題も
ある。
【０００８】そこで、この発明は、上記の問題を解決
し、クランクアームの回転軌跡を大きくすることなく、
所定の作用力から最大限のトルクを得ることができるク
ランク装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明のクランク装置は、複数のアームを長さ方
向にスライド可能に連結してクランクアームを形成し、
上記各アームの連結部に、クランクアームの回転に連動
して回転する回転部材と、その回転部材の回転を連結部
における一方のアームの長さ方向の直線運動に変換する
変換手段とを設け、上記回転部材が一方向に半回転する
とき変換手段が連結部のアーム同士を離反する動きに変
換し、回転部材が続いて半回転するとき変換手段が連結
部のアーム同士を接近させる動きに変換するように構成
したのである。
【００１０】また、この発明の第２の手段は、上記の構
造において、回転部材とクランクアーム間の連動経路を
切り離し自在とし、その切り離した状態で回転部材の回
転角度をクランクアームの回転に対して任意に変化させ
る手段を備えたのである。
【００１１】さらに、第３の手段は、上記変換手段と一
方のアームとを切り離し自在とし、切り離した変換手段
と一方のアームの接続位置を相対的に変化させる手段を
備えたものである。
【００１２】一方、第４の手段は、上記変換手段を、回
転部材と共に回転するピニオンと、そのピニオンに対向
して連結部における一方のアームの長さ方向に延びる２
つのラック歯とし、上記ピニオンの外周面の一部に設け
た係合歯を、クランクアームの半回転ごとに交互に上記
各ラック歯の一方と噛み合うようになしたものである。
【００１３】第５の手段は、上記変換手段を、上記回転
部材と一方のアームとを接続する接続部材とし、その接
続部材と回転部材の接続位置を上記回転部材の回転中心
から偏心させたものである。
【００１４】また、第６の手段は、上記変換手段を、一
方のアームに回転可能に取付けたピニオンと、そのピニ
オンに対向して連結部の両方のアームにそれぞれ設けた
２つのラック歯と、上記回転部材の回転を直線運動に変
えてピニオンの中心をアームの長さ方向に押圧する伝達
部材とから形成し、上記ピニオンに設けた係合歯が上記
２つのラック歯に同時に噛み合うように構成したのであ
る。
【００１５】さらに、第７の手段は、上記回転部材に対
する回転の入力を、クランクアームの全長の任意の位置
に設けられ、そのクランクアームと共に回転する部材に
より行なうようにしたものである。
【００１６】
【作用】上記の構造においては、クランクアームに連動
して回転部材が半回転する範囲で、変換手段の運動変換
の作用により連結するアーム同士が離反し、クランクア
ームの全長が延びる。また、クランクアームが続いて半
回転を行なうと、回転部材の回転が逆方向の直線運動に
変換され、連結するアーム同士が接近してクランクアー
ムの全長が短くなる。
【００１７】この場合、クランクアームの全長が最大と
なる位置の前後９０°の範囲を力の作用範囲に設定し、
全長が最小となる位置の前後９０°の範囲を慣性範囲に
設定すると、力の作用範囲では長く延びたクランクアー
ムに力が作用し、大きなトルクが発生させることができ
る。
【００１８】また、クランクアームは半回転ごとに全長
が延びたり短くなるので、全体としてのクランクアーム
の回転軌跡は大きくならず、アームの回転スペースを小
さくできる。
【００１９】一方、上記第２の手段では、回転部材とク
ランクアーム間の連動経路を切り離した状態で、回転部
材の回転角度を変化させると、回転部材と変換部材の接
続位置が変化し、また、第３の手段では、変換部材と一
方のアームの相対位置を変化させると、クランクアーム
の最大及び最小の長さを変化させることができる。した
がって、クランクアームの回転軌跡の大きさを任意に変
化でき、最大のトルクと回転速度が得られる形状に自由
に設定することが可能となる。
【００２０】上記第４の手段においては、クランクアー
ムが半回転する範囲で、ピニオンの係合歯が一方のラッ
ク歯に噛み合い、そのラック歯の移動により連結するア
ーム同士が離反する。また、クランクアームが続いて半
回転を行なうと、今度はピニオンの係合歯と他方のラッ
ク歯とが噛み合い、連結するアーム同士が接近してクラ
ンクアームの全長が短くなる。
【００２１】上記第５の手段では、回転部材が回転する
と、回転部材における回転中心と接続部材との接続位置
間の偏心量を２倍にした距離の範囲で、接続部材と一方
のアームが軸方向に往復動し、クランクアームが伸縮す
る。
【００２２】また、第６の手段では、回転部材が回転す
ると、伝達部材の運動伝達によりピニオンの中心がアー
ムの長さ方向に移動するが、ピニオンの係合歯が両方の
アームのラック歯に噛み合っているため、ピニオン中心
の移動により一方のアームは相対的に固定された他方の
アームに対してピニオン中心の２倍の距離で送りだされ
る。したがって、クランクアームの全長の伸び縮み量
は、上記の第４及び第５の手段に比べてほぼ２倍の量と
なる。
【００２３】さらに、第７の手段によれば、クランクア
ームの全長の任意位置にある部材が、クランクアームと
連動して回転するものであれば、回転部材の入力部材と
して利用でき、クランク装置を適用する上で装置設計の
自由度を大きくすることができる。
【００２４】
【実施例】図１乃至図３は、この発明の第１の実施例を
示し、自転車のクランクペダル機構にこの発明のクラン
ク装置を適用した例を示している。図１及び図２におい
て、１は自転車の駆動チェーンと係合するスプロケッ
ト、３は自転車のフレームに固定される固定軸、４はそ
の固定軸３に回り止めされる固定のプーリであり、上記
スプロケット１と連結する回転軸５に、クランクアーム
６の一端が連結されている。
【００２５】このクランクアーム６は、内部が中空とな
った第１アーム７と、その第１アーム７の内部にスライ
ド可能に嵌合する第２アーム８とから成り、第１アーム
７の一端が上記回転軸５に取付けられている。また、第
１アーム７の内側面には、第２アーム８のスライドの動
きを円滑に案内するための多数のニードルベアリング９
が配置され、その第２アーム８の先端に、軸１０を介し
てペダル１１が回転可能に取付けられている。
【００２６】上記第１アーム７と第２アーム８の連結部
には、図１乃至図３に示すように、第１アーム７の側壁
に両端部が支持されたピニオン軸１２が取付けられ、そ
のピニオン軸１２に、ピニオン１３が回転可能に取付け
られている。また、第２アーム８の両側壁には、ピニオ
ン軸１２が挿通する長孔１４が形成され、その長孔１４
の範囲でピニオン軸１２と第２アーム８がクランクアー
ムの長さ方向に相対移動できるようになっている。
【００２７】上記ピニオン１３には、側方にプーリ１５
が一体に固定され、そのプーリ１５と上記固定側のプー
リ４との間に、プーリ１５を回転駆動するワイヤ１６が
掛け渡されている。このワイヤ１６は、ベルトやチェー
ンとしてもよく、クランクアーム６が回転軸５を支点と
して回転した場合に両プーリ４、１５の間で張力を生じ
させ、クランクアームの回転角度の変化に応じてプーリ
１５（すなわちピニオン１３）を回転させるようになっ
ている。
【００２８】一方、第２アーム８の上下の内側面には、
ピニオン１３に対向して２つのラック歯１７、１８が形
成されている。このラック歯１７、１８は、第２アーム
８の長さ方向に同一ピッチで形成され、互いに平行に向
き合うように形成されている。
【００２９】また、ピニオン１３の外周面には、ほぼ半
周の範囲でラック歯１７、１８と噛み合う係合歯１９が
形成されており、残りの半周部分がラック歯１７、１８
と噛み合わない円周面２０で形成されている。上記係合
歯１９は、ピニオン１３が右回り又は左回りに回転する
と、そのピニオン１３の半回転ごとに交互に上側と下側
のラック歯１７、１８に噛み合うようになっており、各
ラック歯１７、１８の長さは、ピニオンの半回転の範囲
で係合歯１９が噛み合い続けるだけの大きさに形成され
ている。
【００３０】上記の構造で成る実施例のクランク装置に
おいては、図１においてペダル１１に踏み込みによる力
Ｆを加えると、クランクアーム６が右回りに回転し、こ
の回転によりプーリ４、１５間にかけ渡したワイヤ１６
には矢印方向の張力が加わり、これによって、ピニオン
１３が左回りに回転し、係合歯１９が下側のラック歯１
８に噛み合って、そのラック歯１８を右側に移動させる
ように設定される。
【００３１】これにより、第２アーム８が第１アーム７
から突出する方向にスライドし、クランクアーム６の長
さＬが大きくなる。
【００３２】上記クランクアーム６が水平に横方向に向
く位置まで回転すると、図１（ａ）に示すように、係合
歯１９と下側のラック歯１８との噛み合いが外れ、クラ
ンクアーム６の長さＬが最大となる。
【００３３】ついで、クランクアーム６が戻り方向に下
側へ回転すると、図１（ｂ）に示すように係合歯１９と
上側のラック歯１７が噛み合い、ラック歯１７を左向き
に移動させる。このため、第２アーム８が第１アーム７
に入り込む方向にスライドし、クランクアーム６の長さ
Ｌが短くなる。
【００３４】上記のクランクアーム６の回転を模式的に
みると、図４（ａ）に示すような回転軌跡になる。この
回転軌跡は、ペダル１１の踏み込み側、すなわちクラン
クアーム６に対する力の作用範囲側で大きな径となり、
逆にペダルの戻り側すなわち慣性範囲側でクランクアー
ムが縮小して小さくなり、全体として力の作用範囲側に
大きく偏った楕円形状になる。
【００３５】上記の回転軌跡において、クランクアーム
６から回転軸５に加わるトルクＴを考えると、力の作用
範囲側ではクランクアーム６の長さＬが大きくなるにつ
れてトルクＴも増大し、Ｔ＝Ｆ×（Ａ＋Ｂ）・ｃｏｓα
の式で表わされる（ここで、Ａは第１アーム７の長さ、
Ｂは第２アーム８の長さ、αはクランクアーム６の回転
角度）。これは、従来のクランク装置において長さＬ’
の固定型クランクアームを回転させる場合に比べて、Ｆ
×（Ｌ−Ｌ’）・ｃｏｓαの分だけ大きな発生トルクと
なる。
【００３６】また、上記クランクアーム６は半回転ごと
に全長Ｌが伸縮を繰り返すため、その回転軌跡の大きさ
は、図４（ｂ）に示す従来の固定型クランクアームに比
べてさほど大きな形状にならず、特にクランクアームの
伸縮方向を横方向にとった場合には、回転軌跡の上下方
向の寸法は従来の装置とほぼ同等になる。このため、ペ
ダル１１を踏み込む上で回転軌跡の大きさが障害となら
ず、自転車の操作性が良好に維持される。
【００３７】図５乃至図８は、第２の実施例を示してい
る。この例では、クランクアーム６の支点部分に配置さ
れる固定軸３とプーリ４とを切り離し自在に嵌合させ、
その固定軸３の嵌合面３ａに、円周方向に所定角度で複
数の係合溝２１を形成している。また、プーリ４と一体
のプーリ軸４ａに、バネ２３により上記係合孔２１に向
かって付勢されるストッパピン２２を取付け、そのスト
ッパピン２２を所定の係合溝２１に挿入させることによ
り、プーリ４を固定軸３に対して任意の回転角度で位置
決めできるようになっている。
【００３８】上記の構造においては、図７（ａ）の状態
から図７（ｂ）のように固定軸３に対するプーリ４の角
度を変化させると、ワイヤ１６の張力によってプーリ１
５及びピニオン１３が回転し、ピニオン１３とラック歯
１８の噛み合い位置が変ってクランクアーム６の伸長量
が変化する。このため、次に図７（ｂ）の状態からクラ
ンクアーム６が回転すると、アームの長さ（Ｌ）が最大
に伸長又は縮小する回転位置が変化し、図８に示すよう
にクランクアーム６の回転軌跡の位相が変化する。した
がって、ストッパピン２２の操作によって固定軸３とプ
ーリ４の回転角度を調節することにより、自転車に乗車
する人間の体形や好み等に合せてクランクアーム６の回
転軌跡の位相を任意に変化させることができ、最適なタ
イミングでのペダル踏み込みを可能にできる。
【００３９】図９は第３の実施例を示し、この例は、自
動車エンジンにおいて、ピストン３１に連結するロッド
３３とクランク軸３２の連結に、この発明のクランク装
置を適用したものである。
【００４０】この場合、燃料ガスの爆発によってピスト
ン３１が加速される回転方向に、クランクアーム６が伸
長する方向を一致させ、エンジンの回転トルクをクラン
クアーム６で大きく増大してクランク軸３２に伝えるよ
うにしている。
【００４１】上記のように自動車エンジンの駆動機構に
本願のクランク装置を応用することにより、エンジン出
力を効率よく取り出すことができ、登板などの大きなト
ルクを必要とする場合や長距離走行等において優れた走
行性を発揮することができる。
【００４２】また、図１０は第４の実施例を示し、上記
自動車エンジンに適用する場合において、ピニオンの回
転角度を任意に変化できるようにした例を示している。
【００４３】図において、４１は、クランクアーム６を
貫通して内部のプーリ４と連結する固定軸であり、この
固定軸４１の端部にウオームギヤ４２を取付け、そのウ
オームギヤ４２に、サーボモータ４４で駆動されるウオ
ーム４３を噛み合せている。
【００４４】この構造では、自動車に搭載したコンピュ
ータ４５によりサーボモータ４４を作動し、ウオーム４
３とウオームギヤ４２を回転させると、固定軸４１に連
結するプーリ４とピニオン１３に連結するプーリ１５と
が回転し、ピニオン１３とラック歯の噛み合い位置が変
化してクランクアーム６の伸縮量が変化する。
【００４５】このように、クランクアーム６の伸縮のタ
イミングを変化させることにより、ピストン３１のスト
ロークに対して最適なクランクアーム６の回転軌跡を設
定でき、効率よく最大のトルクを発生させることができ
ると共に、ピストン３１のストローク量とクランクアー
ムの回転軌跡の位相が変化して燃焼ガスの圧縮比率が変
化するため、エンジンの高出力化を図ることが可能にな
る。
【００４６】図１１は第５の実施例を示している。この
例では、ピニオン１３とラック歯１７、１８の噛み合い
を利用したクランク装置において、ラック歯１７、１８
を設けたスリーブ５１を、第２アーム８の内側にスライ
ド可能に挿入し、そのスリーブ５１の端面に送り用のね
じ軸５２を連結している。
【００４７】また、上記ねじ軸５２の端部にベベルギヤ
５３、５４を介して操作ハンドル５５を連結し、そのハ
ンドル５５を操作すると、ねじ軸５２の送り作用により
スリーブ５１がスライドし、ラック歯１７、１８と第２
アーム８との接続距離Ｘが変化するようになっている。
【００４８】このようにラック歯１７、１８と第２アー
ム８との接続距離Ｘを変化させると、アームの最大及び
最小長さが変化し、したがって、クランクアームの回転
軌跡の大きさを任意に調節することができる。
【００４９】一方、図１２及び図１３は第６の実施例を
示し、この例は、第１アームと第２アームの連結にクラ
ンク機構を利用した例を示している。すなわち、第１ア
ーム７と第２アーム８の連結部には、プーリ６１と、そ
のプーリ６１に並列配置された円板６２とがピン６３を
介して一体に結合され、そのピン６３に軸受６５を介し
て接続したロッド６４の先端が、第１アーム７内に挿入
された第２アーム８の端部に、軸受６６を介して接続し
ている。
【００５０】上記プーリ６１と円板６２は、それぞれ中
央から延びた軸６７、６８により、第１アーム７の側壁
に回転可能に支持され、この軸６７、６８に対して上記
ピン６３はプーリ６１と円板６２の外周面の近傍側に偏
心して配置されており、このピン６３と回転中心との間
に所定の偏心量εが設けられている。
【００５１】上記の構造では、クランクアーム６に連動
してプーリ６１と円板６２が回転すると、上記偏心量ε
×２の距離の範囲で第２アーム８が第１アーム７に対し
て軸方向に往復動し、クランクアーム６の全長が伸縮す
る。
【００５２】また、図１４及び図１５は第７の実施例を
示し、この例では、プーリ７１の側方に設けた一対の円
板７２、７３の間にピン７４を設け、そのピン７４を、
軸受を介して直接第２アーム８の端部に設けた上下の長
孔７５に嵌合しており、プーリ７１の回転中心に対する
ピン７４の偏心εにより第２アーム８を往復動させるよ
うにしたものである。
【００５３】図１６乃至図１８は第８の実施例を示す。
この例においては、ワイヤ１６の作用によってクランク
アーム６と連動して回転するプーリ１５と、ピニオン８
１とを分離し、ピニオン８１の中心軸８２を第２アーム
８の両側面に設けた長孔８３に嵌合させ、ピニオン８１
をアームの長さ方向に移動可能に支持している。
【００５４】また、プーリ１５の回転中心から偏心した
外周縁の位置とピニオン８１の中心軸８２とを伝達部材
８４により連結し、プーリ１５が回転すると、伝達部材
８４の偏心運動によりピニオン８１が第２アーム８の長
さ方向に往復運動するようになっている。
【００５５】上記ピニオン８１は、外周面の全体に係合
歯８５が設けられ、その係合歯８５が第２アーム８の内
側上面に設けたラック歯８６に噛み合っている。また、
第２アーム８の内側下面には、第１アーム７に設けたラ
ック歯８７が露出する長溝８８が形成され、その第１ア
ーム７のラック歯８７にピニオン８１の係合歯８５が常
時噛み合っている。
【００５６】上記の構造では、クランクアーム６に連動
してプーリ１５が回転すると、伝達部材８４の作用によ
りピニオン８１の中心軸８２が往復動し、ピニオン８１
がアームの長さ方向に移動する。この場合、ピニオン８
１の係合歯８５が同時に第１アーム７と第２アーム８の
ラック歯８６、８７に噛み合っており、第１アーム７が
固定の状態にあるため、ピニオン８１が移動すると、ピ
ニオン８１の回転によって第２アーム８が固定の第１ア
ーム７に対してアームの長さ方向に送り出される。
【００５７】このとき、プーリ１５の回転によりピニオ
ン８１の中心軸８２が移動すると、中心軸８２からピニ
オンの半径の距離にある第１アーム７のラック歯８７に
対して、そのラック歯８７からピニオンの直径の距離に
ある第２アーム８のラック歯８６は、挺子の原理によっ
て２倍に動きが増幅されて送られることになる。このた
め、ピニオン８１の中心軸８２の移動量に比べて、第２
アーム８は２倍の量で移動する。
【００５８】この第２アーム８の移動によるクランクア
ーム６の伸び縮み量は、前述した第１の実施例や第６及
び第７の実施例と比較した場合、プーリやピニオン等の
寸法・形状を同じにすると、ほぼ２倍の量になる。図１
８は、上記第８の実施例と、第６の実施例、及び本考案
の構造を使用しない従来構造について、クランクアーム
の回転軌跡をそれぞれ計算して比較したものである。こ
の図に示されるように、従来構造の回転軌跡（ハ）に比
べて第６の実施例の回転軌跡（ロ）は右方向に偏位し、
その回転軌跡（ロ）に対してさらに第８の実施例の回転
軌跡（イ）は右方向に偏位しており、従来構造に比べて
大きな回転軌跡の偏位量を示している。
【００５９】図１９及び図２０は第９の実施例を示す。
この例では、ピニオン９１に回転力を与える部材とし
て、クランクアーム６の先端に設けたペダル取付け軸１
０を用いている点に特徴がある。
【００６０】このペダル取付け軸１０は、ペダルを踏み
込んでクランクアーム６が回転すると、その回転に連動
して回転するものであり、その取付け軸１０の第２アー
ム８との取付け部分に歯車９２が取付けられている。
【００６１】この歯車９２は、第２アーム８の内部に設
けた対の歯車９３、９４に噛み合い、その対の歯車９
３、９４の回転中心から偏心した位置に設けたピン９５
と、第２アーム８内に回転可能に取付けたピニオン９１
の中心軸９６とが、伝達部材９７により連結されてい
る。
【００６２】上記ピニオン９１は、先の第８の実施例と
同様に、外周面の全体に係合歯９８が設けられ、その係
合歯９８が第１アーム７と第２アーム８に設けたラック
歯９９、１００に同時に噛み合っている。
【００６３】また、ペダル取付け軸１０の周面には、所
定間隔で複数の位置決め孔１０１が設けられ、ペダル１
１の側面には、その位置決め孔１０１に係合してペダル
の取付け方向を決めるストップピン１０２が取付けられ
ており、取付け軸１０の端部には、レンチ１０３等を差
し込んで取付け軸１０を回転させるためのレンチ差込み
孔１０４が設けられている。
【００６４】上記の構造では、クランクアーム６が回転
してペダル取付け軸１０が回転すると、歯車９３、９４
と伝達部材９７の動きによりピニオン９１の中心軸９６
がアームの長さ方向に押圧される。このため、ピニオン
９１とラック歯９９、１００の噛み合いにより第２アー
ム８が固定の第１アーム７に対して長さ方向に送りださ
れ、クランクアーム６の長さが伸び縮みする。
【００６５】また、ストップピン１０２と位置決め孔１
０１との係合を外し、ペダル取付け軸１０とペダル１１
の取付け方向とを変化させることにより、クランクアー
ム６の長さが最大又は最小になる位置とペダル１１を踏
み込む角度とを適切な範囲で一致するように調節するこ
とができる。
【００６６】なお、ピニオン９１に対する回転の入力
は、上述したペダル取付け軸１０の他に、クランクアー
ム６と連動して回転するものであれば、クランクアーム
の全長の任意の位置にある部材を利用することができ
る。
【００６７】また、上述した各実施例においては、第１
アーム７と第２アーム８によりクランクアーム６を形成
したが、３本以上のアームをスライド可能に連結し、そ
の各アームの連結部にピニオンとラック歯を設けるよう
にしてもよく、これにより、クランクアームの伸縮量を
さらに大きくでき、トルクの増大効果も大きくすること
ができる。
【００６８】さらに、クランクアーム６の回転をピニオ
ン１３に伝える機構は、図示したようなプーリ４、１５
とワイヤ１６の組み合せの他に、歯車機構やその他の連
動機構を採用することができる。
【００６９】
【効果】以上のように、この発明は、クランクアームの
長さを半回転ごとに伸び縮みするようにしたので、クラ
ンクアームの伸長する方向に力の作用範囲を設定するこ
とにより、回転半径を拡げることなく大きなトルクを得
ることができ、コンパクトなスペースで最大のトルクを
発生させることができる利点がある。
【００７０】また、この発明の第２及び第３の手段によ
れば、クランクアームの回転軌跡を力の作用範囲に対し
て最適な位相と大きさに設定できるので、効率のよい動
力の取り出しができ、クランク機構の最適設計を可能と
する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は実施例のクランク装置を示す縦断正面
図、（ｂ）はその作用状態を示す断面図
【図２】同上の横断平面図
【図３】図２のIII −III 線の断面図
【図４】（ａ）は実施例の回転軌跡を示す模式図、
（ｂ）は従来例とその回転軌跡を示す模式図
【図５】第２の実施例を示す断面図
【図６】図５のVI−VI線の断面図
【図７】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第２実施例の作動
を示す断面図
【図８】同上の回転軌跡の変化を示す図
【図９】第３の実施例を示す図
【図１０】第４の実施例を示す斜視図
【図１１】第５の実施例を示す断面図
【図１２】第６の実施例を示す縦断側面図
【図１３】同上の横断平面図
【図１４】第７の実施例を示す縦断側面図
【図１５】同上の横断平面図
【図１６】第８の実施例を示す縦断側面図
【図１７】同上の横断平面図
【図１８】クランクアームの回転軌跡を比較した図
【図１９】第９の実施例を示す縦断側面図
【図２０】同上の横断平面図
【符号の説明】
１ スプロケット ４ プーリ ６ クランクアーム ７ 第１アーム ８ 第２アーム １０ ペダル取付け軸 １１ ペダル １３ ピニオン １５ プーリ １７、１８ ラック歯 １９ 係合歯 ２１ 係合溝 ２２ ストッパピン ３１ ピストン ３２ クランク軸 ４１ 固定軸 ４４ サーボモータ ５１ スリーブ ６１ プーリ ６２ 円板 ６３ ピン ６４ ロッド ７１ プーリ ７５ 溝カム ８１ ピニオン ８２ 中心軸 ８４ 伝達部材 ８５ 係合歯 ８６、８７ ラック歯 ９１ ピニオン ９３、９４ 歯車 ９８ 係合歯 ９９、１００ ラック歯
【手続補正書】
【提出日】平成６年８月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】しかしながら、図４（ｂ）に示す従来のク
ランク装置において、得られるトルクＴを出来るだけ大
きくするためには、クランクアーム１１１の全体の長さ
Ｌ’を大きくする必要があり、これでは、クランク装置
全体の形状や作動スペースが大きくなる問題がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】また、第６の手段は、上記変換手段を、一
方のアームに回転可能にかつアームの長さ方向に移動可
能に取付けたピニオンと、そのピニオンに対向して連結
部の両方のアームにそれぞれ設けた２つのラック歯と、
上記回転部材の回転を直線運動に変えてピニオンの中心
をアームの長さ方向に押圧する伝達部材とから形成し、
上記ピニオンに設けた係合歯が上記２つのラック歯に同
時に噛み合うように構成したのである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】一方、上記第２の手段では、回転部材とク
ランクアーム間の連動経路を切り離した状態で、回転部
材の回転角度を変化させると、回転部材と連動する変換
部材とクランクアームとの接続位置が変化し、また、第
３の手段では、変換部材と一方のアームの相対位置を変
化させると、クランクアームの最大及び最小の長さを変
化させることができる。したがって、クランクアームの
回転軌跡の大きさを任意に変化でき、最大のトルクと回
転速度が得られる形状に自由に設定することが可能とな
る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】
【実施例】図１乃至図３は、この発明の第１の実施例を
示し、自転車のクランクペダル機構にこの発明のクラン
ク装置を適用した例を示している。図１及び図２におい
て、１は自転車の駆動チェーンと係合するスプロケッ
ト、３は自転車のフレームに固定される固定軸、４はそ
の固定軸３に回り止めされる固定のプーリであり、上記
スプロケット１と連結するクランクアーム６の一端が回
転軸５に連結されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】上記クランクアーム６が、図１（ａ）に示
すように、水平に横方向に向く位置まで回転すると、係
合歯１９と下側のラック歯１８との噛み合いが外れ、ク
ランクアーム６の長さＬが最大となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３４】上記のクランクアーム６の回転を模式的に
みると、図４（ａ）に示すような回転軌跡になる。この
回転軌跡は、ペダル１１の踏み込み側、すなわちクラン
クアーム６に対する力の作用範囲側で大きな半径とな
り、逆にペダルの戻り側、すなわち慣性範囲側でクラン
クアームが縮小して小さくなり、全体として力の作用範
囲側に大きく偏った楕円形状になる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３６】また、上記クランクアーム６は半回転ごと
に全長Ｌが伸縮を繰り返すため、その回転軌跡の大きさ
は、図４（ｂ）に示す従来の固定型クランクアームに比
べてさほど大きな形状にならず、特にクランクアームの
最大伸縮方向を横方向にとった場合には、回転軌跡の上
下方向の寸法は従来の装置とほぼ同等になる。このた
め、ペダル１１を踏み込む上で回転軌跡の大きさが障害
とならず、自転車の操作性が良好に維持される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１２】図６の実施例を示す縦断正面図
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１４】第７の実施例を示す縦断正面図
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１６】第８の実施例を示す縦断正面図
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１９】第９の実施例を示す縦断正面図

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のアームを長さ方向にスライド可能
    に連結してクランクアームを形成し、上記各アームの連
    結部に、クランクアームの回転に連動して回転する回転
    部材と、その回転部材の回転を連結部における一方のア
    ームの長さ方向の直線運動に変換する変換手段とを設
    け、上記回転部材が一方向に半回転するとき変換手段が
    連結部のアーム同士を離反する動きに変換し、回転部材
    が続いて半回転するとき変換手段が連結部のアーム同士
    を接近させる動きに変換するように構成したクランク装
    置。
  2. 【請求項２】 上記回転部材とクランクアーム間の連動
    経路を切り離し自在とし、その切り離した状態で回転部
    材の回転角度をクランクアームの回転に対して任意に変
    化させる手段を備えた請求項１に記載のクランク装置。
  3. 【請求項３】 上記変換手段と一方のアームとを切り離
    し自在とし、切り離した変換手段と一方のアームの接続
    位置を相対的に変化させる手段を備えた請求項１又は２
    に記載のクランク装置。
  4. 【請求項４】 上記変換手段を、回転部材と共に回転す
    るピニオンと、そのピニオンに対向して上記一方のアー
    ムの長さ方向に延びる２つのラック歯とし、上記ピニオ
    ンの外周面の一部に設けた係合歯を、クランクアームの
    半回転ごとに交互に上記各ラック歯の一方と噛み合うよ
    うになした請求項１乃至３のいずれかに記載のクランク
    装置。
  5. 【請求項５】 上記変換手段を、上記回転部材と一方の
    アームとを接続する接続部材とし、その接続部材と回転
    部材の接続位置を上記回転部材の回転中心から偏心させ
    て成る請求項１乃至３のいずれかに記載のクランク装
    置。
  6. 【請求項６】 上記変換手段を、一方のアームに回転可
    能に取付けたピニオンと、そのピニオンに対向して連結
    部の両方のアームにそれぞれ設けた２つのラック歯と、
    上記回転部材の回転を直線運動に変えてピニオンの中心
    をアームの長さ方向に押圧する伝達部材とから形成し、
    上記ピニオンに設けた係合歯が上記２つのラック歯に同
    時に噛み合うように構成した請求項１乃至３のいずれか
    に記載のクランク装置。
  7. 【請求項７】 上記回転部材に対する回転の入力を、ク
    ランクアームの全長の任意の位置に設けられ、そのクラ
    ンクアームと共に回転する部材により行なうようにした
    請求項１乃至６のいずれかに記載のクランク装置。
JP5174349A 1993-06-01 1993-07-14 クランク装置 Pending JPH0754829A (ja)

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US08/273,127 US5566590A (en) 1993-06-01 1994-07-14 Crank device

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JP5-130185 1993-06-01
JP13018593 1993-06-01
JP5174349A JPH0754829A (ja) 1993-06-01 1993-07-14 クランク装置

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JPH0754829A true JPH0754829A (ja) 1995-02-28

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JP5174349A Pending JPH0754829A (ja) 1993-06-01 1993-07-14 クランク装置

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