JPH09301257A - ペダル踏込み力を軽減した自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない踏込み力で大きな回転駆動力が得られ
る自転車を提供する。 【解決手段】 車輪に駆動力を付加するクランクアーム
１の先端に内歯車２を設けるとともに、この内歯車２に
噛み合って回転する外歯車５を設ける。内歯車２と外歯
車５のギヤ比を２対１に設定する。さらに、クランクア
ーム１の先端がクランク軸３５から前方に向き、かつ、
内歯車２のクランク軸３５から離れた側のギヤ部２２に
外歯車５が噛み合った状態で、ペダル８の踏込面８ａが
上向きでほぼ水平姿勢となるように、ペダル８を外歯車
５に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少ない踏込み力で
駆動できる自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自転車はペダルの踏込みによっ
てクランクアームを回転させ、その回転駆動力をチェー
ンを介して後輪に伝達するようになっている。前記ペダ
ルは、従来、前記クランクアームの先端に固定された支
持軸に回転自在に設けられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成の場合、車輪に伝わる回転駆動力は、ペダルへの踏込
み力と、クランクアームの基端をチェーンホイールに連
結するクランク軸からペダルの支持軸までの距離（モー
メントアーム）とによって決まってしまうため、少ない
踏込み力で大きな回転駆動力を得ようとすると、前記ク
ランク軸からペダルの支持軸までのモーメントアームを
長くしなければならない。ところが、前記モーメントア
ームは、踏込みを行う足の円滑な回転動作を保証するた
めに最適な値があり、それ以上は長くできない。このた
め、少ない踏込み力で大きな回転駆動力を得ることが困
難であった。

【０００４】本発明は、このような課題を解消し、少な
い踏込み力で大きな回転駆動力を得ることのできる自転
車を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のペダル踏込み力を軽減した自転車は、車輪
に駆動力を付加するクランクアームの先端に内歯車を設
け、この内歯車に噛み合って回転する外歯車を設け、前
記内歯車と外歯車のギヤ比を２対１に設定し、さらに、
前記クランクアームの先端がクランクアームの回転中心
となるクランク軸から前方に向き、かつ、前記内歯車の
前記クランク軸から離れた側のギヤ部に前記外歯車が噛
み合った状態で、前記ペダルの踏込面が上向きでほぼ水
平姿勢となるように、ペダルを前記外歯車に固定してい
る。

【０００６】本発明の自転車によれば、踏込み時に、ク
ランクアームの先端が前方に向いてクランクアームが水
平位置にあるとき、外歯車は内歯車の前記回転軸から離
れた側、すなわち自転車前方側のギヤ部に噛み合うか
ら、ペダルの踏込力のモーメントアームが、クランクア
ームの回転軸から内歯車の中心までの距離に、内歯車の
中心から外歯車の中心迄の距離を加えた大きな値とな
る。しかも、この状態でペダルの踏込面が上向きでほぼ
水平姿勢となっているから、ペダルを支障なく踏み込め
る。したがって、少ない踏込み力で大きな回転駆動力が
得られる。

【０００７】また、前記内歯車と外歯車のギヤ比が２対
１であるから、ペダルに足を載せてペダルの踏込面を上
向きに規制した状態でクランクアームを１回転させる
と、内歯車内を外歯車が１周だけ公転するので、前記ク
ランクアームが垂直上向きの位置から前方へ回転して前
傾姿勢となる踏込み回転領域に入ると、外歯車は内歯車
の前記回転軸から離れた先端寄りのギヤ部で噛み合う。
これによって、踏込み回転領域内のすべてで前記モーメ
ントアームが長くなる。

【０００８】また、一実施形態では、前記外歯車の軸芯
に基端部が固定され、外歯車の径方向に延びるペダルア
ームを備え、このペダルアームの先端に前記ペダルを固
定している。このペダルアームは、たとえば、水平な前
記基端部と、水平な先端部と、これら基端部と先端部の
間を連結する鉛直面に沿って延びる中間部とを有するほ
ぼＳ字状に曲折した部材により形成される。この構成に
よれば、クランクアームが任意の回動位置にある状態で
ペダルから足を離しても、ペダルの自重により、外歯車
はペダルが下位置となって、その踏込面が上向き水平姿
勢となる噛合い位置まで公転して止まることになる。し
たがって、再度、足をペダルに載せる動作を円滑に行う
ことができる。

【０００９】また、一実施形態では、前記内歯車の中心
位置に回転自在にリンクを設け、このリンクに前記外歯
車を回転自在に設けている。この構成によれば、外歯車
を内歯車に対して円滑に公転させることができる。

【００１０】さらに、一実施形態では、前記内歯車を片
側が開放された有底箱形とし、前記内歯車の開放側を覆
うカバーを前記リンクに固定している。この構成によれ
ば、内歯車内が密閉されるので、内歯車内への異物の進
入を防止でき、内歯車と外歯車の噛合い動作を円滑に行
わせることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。図１において、自転車は車体フレーム３０
の前部に前輪３１とハンドル３２が、後部に後輪３３
が、中央部にサドル３４がそれぞれ装着されている。車
体フレーム３０におけるサドル３４の下方には、クラン
ク軸３５が回転自在に支持されており、このクランク軸
３５にクランクアーム１が固定されている。このクラン
クアーム１は、クランク軸３５に固定されたスプロケッ
ト１０とチェーン１１を介して、後輪３２を回転させ
る。

【００１２】図２に示すように、クランクアーム１の基
部は、その回転軸であるクランク軸３５に固定されてお
り、そのクランクアーム１の先端には内歯車２が固定的
に設けられている。図３（Ａ），（Ｂ）は、前記クラン
クアーム１の先端に内歯車２を一体形成した部材の正面
図および一部を破断した側面図を示す。クランクアーム
１の基部には、クランク軸３５が嵌合される嵌合孔１２
が設けられている。内歯車２は軸方向の片側を開放した
円形の有底箱体としてあり、その底壁の中心には支軸３
が圧入固定されている。

【００１３】前記支軸３には、図２のように板状のリン
ク４が回転自在に連結されている。図４（Ａ），（Ｂ）
は、前記リンク４の正面図および取付状態の断面図を示
す。このリンク４はほぼ三角形の板体からなり、その中
間位置には前記支軸３に嵌まる第１の軸支孔１３が形成
され、この軸支孔１３から若干偏った位置には後述する
外歯車５の回転軸６が嵌まる第２の軸支孔１４が形成さ
れている。第１の軸支孔１３に嵌め込まれた支軸３の先
端部には、リンク４に接触するワッシャ３６と、ワッシ
ャ３６の抜け止めを行うＣ形リング３７とが嵌め込まれ
ており、これによって、リンク４が支軸３に対して抜け
止めされた状態で回転自在に支持されている。また、こ
のリンク４の３か所の角部には、後述するカバー９をね
じ止めするねじ孔１５を有する取付用突部４ａが設けら
れている。

【００１４】前記リンク４の軸支孔１４には、前記内歯
車２に噛み合って回転する外歯車５の回転軸６が嵌め込
まれ、ワッシャ３９とＣ形リング４０により抜け止めさ
れている。リンク４と外歯車５の間にもワッシャ４１が
介挿されている。これにより外歯車５は内歯車２の内周
を公転しながら自転できるように、リンク４に支持され
ている。前記内歯車２と前記外歯車５のギヤ比は２：１
に設定されている。これにより、外歯車５が内歯車２内
を１周だけ公転する間に、外歯車５は１回転だけ自転す
る。

【００１５】さらに、前記外歯車５の外向き面の中心位
置には、図２および図５のように、水平な基端部７ａか
ら折れ曲がって鉛直面に沿って延びる中間部７ｂ、さら
に水平な先端部７ｃへと延びるほぼＳ字状に曲折したペ
ダルアーム７を介してペダル８が固定されている。すな
わち、ペダルアーム７は、その基端部７ａが、前記外歯
車５の中心位置に溶接、ねじ込み、または一体形成など
により固着され、中間部７ｂが外歯車５の径方向に延
び、先端部７ｃが、前記ペダル８の中間部に設けられた
取付孔１６に挿入されて固定される。このペダル８は、
図８に示すように、前記クランクアーム１の先端がクラ
ンク軸から前方に向く姿勢Ｐ１において、前記内歯車２
の前記クランク軸から最も離れた側のギヤ部２２に前記
外歯車５が噛み合った状態で、その踏込面８ａが上向き
でほぼ水平姿勢となるように固定される。

【００１６】前記内歯車２の開放側は、図７に示すよう
に、カバー９によって被覆される。図６（Ａ），（Ｂ）
は、前記カバー９の正面図および断面図を示す。このカ
バー９は、前記内歯車２に重合する円板からなり、その
重合状態において、前記リンク４のねじ孔１５に重なる
３個のねじ挿通孔１７と、前記ペダルアーム７の上側水
平部７ａを貫通させるアーム貫通孔１８とが設けられて
いる。図７に示す前記アーム貫通孔１８に前記ペダルア
ーム７の水平部７ａを貫通させ、前記各ねじ挿通孔１７
から前記リンク４の対応するねじ孔１５にビス１９をね
じ込むか、または、ねじ孔１５の代わりに係合孔を設
け、カバー９に係合突起を設けて、これを前記係合孔に
係合させるなど、種々の固定手段により、カバー９がリ
ンク４に固定される。

【００１７】前記リンク４は前記内歯車２の支軸３を中
心にして回転するので、これに伴い、前記カバー９も内
歯車２の支軸３を中心にして回転することになる。した
がって、前記外歯車５の公転に左右されることなく、前
記内歯車２内は、常に前記カバー９によって密閉状態に
被覆されることになり、内歯車２内への異物の侵入を防
止して、内歯車２、リンク４および外歯車５の回転運動
を円滑に行うことができる。

【００１８】上述したクランクアーム１における構成と
同様のものがクランク軸３５の他端のクランクアーム１
にも構成され、左右一対のクランクアーム１は、クラン
ク軸３５に対して相互に１８０°の回転角度差を設けて
固定される。

【００１９】前記クランクでは、前記内歯車２と外歯車
５のギヤ比が２対１であるから、内歯車２内を外歯車５
が１周だけ公転したとき、外歯車５は１回転だけ自転す
るので、この外歯車５に固定されたペダル８は外歯車５
が１周公転したとき元の姿勢に戻る。一方、ペダル８に
足を載せることにより、ペダル８は常にその踏込面８ａ
を上向きにしたほぼ水平姿勢に規制される。

【００２０】そのため、図８の左半分に示すように、前
記クランクアーム１が鉛直上向きの姿勢Ｐ２から鉛直下
向きの姿勢Ｐ３までの踏込み回転領域に入ると、外歯車
５は内歯車２のクランク軸３５から離れたクランクアー
ム先端寄りのギヤ部２ａ（図３（Ａ））で噛み合った状
態となる。上述した内歯車２と外歯車５のギヤ比の関係
から、外歯車５の半径は内歯車２の半径の１／２となる
ので、クランク軸３５の軸芯から内歯車２の中心までの
距離をＬ、内歯車２の半径をＲとすると、クランクアー
ム１が前向きで水平な姿勢Ｐ１になって、内歯車２のク
ランク軸３５から最も離れたギヤ部２２に噛み合ったと
きのモーメントアームＭＡ、つまり実質的なクランクア
ーム長は、クランク軸３５の軸芯から外歯車５の中心、
つまりペダルアーム７の固定位置までの距離（Ｌ＋Ｒ／
２）となる。

【００２１】また、図８の右半分に示すように、前記ク
ランクアーム１が鉛直下向きの姿勢Ｐ３から鉛直上向き
の姿勢Ｐ２までの非踏込み回転領域に入ると、外歯車５
は内歯車２のクランク軸３５に近い基端よりのギヤ部２
ｂ（図３（Ａ））で噛み合った状態となる。クランクア
ーム１が後ろ向きで水平の姿勢Ｐ４になったときのモー
メントアームＭＡは、クランク軸３５の軸芯から外歯車
５の中心までの距離（Ｌ−Ｒ／２）となる。

【００２２】すなわち、外歯車５の中心は（Ｌ＋Ｒ／
２）＋（Ｌ−Ｒ／２）＝２Ｌを直径とする円に軌跡を描
いて回転することになり、ペダル８も同様の軌跡を描い
て回転する。従来例においては、前記内歯車２の中心に
相当する位置にペダルを回転自在に取り付けているの
で、ペダルの軌跡はクランク軸を中心とする半径Ｌの円
になる。したがって、本発明におけるペダル８の軌跡は
従来とほぼ同一である。この円軌跡の半径Ｌに比べて、
前記踏込み回転領域でのモーメントアームは、最大で外
歯車２の半径Ｒの１／２分だけ長いので、従来例の場合
に比べて、それだけ少ない踏込み力で同じ回転駆動力を
得ることができる。

【００２３】なお、クランクアーム１が後ろ向きの非踏
込み回転領域（図８の右半分の領域）にあるとき、モー
メントアームＭＡは: 前記従来例の軌跡の半径Ｌに比べ
て最大で外歯車５の半径Ｒの１／２分だけ短くなるが、
この回転領域では踏込みを行わないので問題はない。

【００２４】このクランクの場合、ペダル８が固定され
ている外歯車５の回転軌跡の中心位置Ｏ１は、クランク
軸３５の軸芯よりも外歯車２の半径分Ｒ／２だけ前方
（図８の左方）にずれることになるので、図１のサドル
３４とペダル８の関係を従来と同一に保つために、クラ
ンク軸３５の位置を従来例の場合より前記ずれ分だけ後
方に移すのが好ましい。また、従来例の場合に比べて、
図２のクランクアーム１の長さは内歯車２の半径分Ｒだ
け長くなるので、ペダル８や内歯車２が地面に当たらな
いように、クランク軸３５の高さ位置を前記クランクア
ーム長の増大分だけ高くするのが好ましい。さらに、ペ
ダル８はペダルアーム７を介して外歯車５に固定されて
いるから、外歯車５の中心位置より所定レベルだけ下位
置となって回転するので、このペダル８のレベル降下分
と、前記クランク軸３５の高さアップとを加味して、サ
ドル３４の高さを調整するのが好ましい。

【００２５】また、このクランクでは、自転車を止めた
とき、ペダル８が水平姿勢とならない状態でペダル８か
ら足を離したとしても、ペダル８はペダルアーム７を介
して、外歯車５に対して偏心した位置に固定されている
から、ペダル８の自重により、外歯車５は、その中心位
置よりも下位置にペダル８が来てその踏込面８ａが上向
き水平姿勢となる噛み合い位置まで公転して落ち着くこ
とになる。これにより、再度、自転車に乗ったとき、そ
のままペダル８に安定よく足を載せることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明のペダル踏込み力
を軽減した自転車によれば、クランクアームの先端に設
けた内歯車と、ペダルが固定された外歯車との噛み合い
によって、少ない踏込み力で大きな回転駆動力を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である自転車を示す側面図
である。

【図２】同自転車のクランクのカバーを取り外した状態
を示す斜視図である。

【図３】（Ａ）は同クランクにおけるクランクアームと
内歯車とを組み合わせた部材の平面図、（Ｂ）は同部材
の一部を破断した側面図である。

【図４】（Ａ）は同クランクにおけるリンクの平面図、
（Ｂ）は同リンクの断面図である。

【図５】（Ａ）は同クランクにおける外歯車とペダルと
を組み合わせた部材の平面図、（Ｂ）は同部材の一部を
破断した側面図、（Ｃ）は同部材の正面図である。

【図６】（Ａ）は同クランクにおけるカバーの平面図、
（Ｂ）は同カバーの断面図である。

【図７】同クランクのカバーを装着した状態を示す斜視
図である。

【図８】同クランクの動作を示す説明図である。

【符号の説明】

１…クランクアーム、２…内歯車、４…リンク、５…外
歯車、８…ペダル、８ａ…踏込面、２２…クランク軸か
ら離れた側のギヤ部、３５…クランク軸

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輪に駆動力を付加するクランクアーム
   の先端に内歯車を設け、 この内歯車に噛み合って回転する外歯車を設け、 前記内歯車と外歯車のギヤ比を２対１に設定し、さら
   に、 前記クランクアームの先端がクランクアームの回転中心
   となるクランク軸から前方に向き、かつ、前記内歯車の
   前記クランク軸から離れた側のギヤ部に前記外歯車が噛
   み合った状態で、前記ペダルの踏込面が上向きでほぼ水
   平姿勢となるように、ペダルを前記外歯車に固定したペ
   ダル踏込み力を軽減した自転車。
2. 【請求項２】 請求項１において、さらに、前記外歯車
   の軸芯に基端部が固定され、外歯車の径方向に延びるペ
   ダルアームを備え、このペダルアームの先端に前記ペダ
   ルを固定したペダル踏込み力を軽減した自転車。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記ペダルアーム
   は、水平な前記基端部と、水平な先端部と、これら基端
   部と先端部の間を連結する鉛直面に沿って延びる中間部
   とを有するほぼＳ字状に曲折した部材からなるペダル踏
   込み力を軽減した自転車。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３において、前記内
   歯車の中心位置に回転自在にリンクを設け、このリンク
   に前記外歯車を回転自在に設けたペダル踏込み力を軽減
   した自転車。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記内歯車を軸方向
   の片側が開放された有底箱形とし、前記内歯車の開放側
   を覆うカバーを前記リンクに固定したペダル踏込み力を
   軽減した自転車。