JPH1170889A

JPH1170889A - 自転車のペダリング機構

Info

Publication number: JPH1170889A
Application number: JP23428897A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kobayashi; 哲夫小林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】ペダリング動作によって、クランク軸１３
に、三角関数的な変動を伴いながら生じるトルクの平均
値を高め、自転車の運動性能、走破性能の向上を図る。【解決手段】クランク軸１３を左のペダルアーム１１
L用と右のペダルアーム１１R用とに独立させた上で、逆
転機構２０を介してこれを連結し、左右のペダルアーム
１１L、１１Rを、常時、高トルクが得られる駆動可能角
度範囲E１内においてペダリング動作可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、左右一対のペダ
ルを交互に踏み下げて後輪を回転駆動する自転車のペダ
リング機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自転車後輪の駆動は、１８０度位
相角をずらせて一体化した一対のペダルアームを一方向
に回転させることによって行なっている。一対のペダル
アームは、駆動スプロケットギヤを取り付けたクランク
軸の両端に固定された状態で一体化されており、各ペダ
ルアームの先端には、足を載せるためのペダル板が自由
に回転できるように取り付けられている。一方、後輪側
には、従動スプロケットギヤが取り付けられており、駆
動スプロケットギヤと従動スプロケットギヤとは、チェ
ーンによって動力伝達可能に連結されている。

【０００３】自転車の利用者は、左右の足で各ペダルア
ームをクランク軸を中心に交互に１８０度相当踏み下げ
ることによって駆動スプロケットギヤを回転させ、これ
を後輪に伝えて自転車を前進させる。すなわち、通常、
ペダルアームはサドルの下方に配置されており、人体の
構造上、ペダルアームを踏み下げるのは容易である反
面、ペダルアームを足で引き上げることには困難が伴
う。そこで、駆動スプロケットギヤを一回転、３６０度
回転させるのに必要な作業を１８０度当て左右の足に分
担させることによって、ペダルアームを踏み下げる半回
転分の動作の連続によって、駆動スプロケットギヤを連
続して回転駆動できるように工夫されているのである。
この工夫の結果が、左右のペダルアームを１８０度位相
角をずらせて一体化した構成であり、ペダルアームを踏
み下げることができる角度範囲は、各ペダルアームが直
立姿勢から下垂姿勢となるまでの１８０度の範囲であ
る。これは、各ペダルアームの水平位置を基準とすれ
ば、±９０度の角度範囲である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような、従来の自
転車のペダリング機構においては、ペダルアーム踏み下
げる力をクランク軸のトルクに変換する変換作用に機構
必然的な限界があるため、登板能力や最高速度等の諸特
性の総合特性である自転車の走破性能を一定のレベル以
上に高めることができないという問題があった。

【０００５】この問題点を、図１１および図１２を引用
して説明する。図１１は、従来の自転車におけるペダリ
ング動作の説明図であり、図１２は、その際のトルクＴ
の発生状況を示すトルク曲線図である。従来の自転車の
ペダリング機構においては、左のペダルアーム１１Ｌと
右のペダルアーム１１Ｒとは、駆動スプロケットギヤ１
２を取り付けたクランク軸１３の両端に１８０度位相角
をずらせて固定されている。ここで、自転車の進行方向
が矢印Ｋ１方向であるとすれば、駆動スプロケットギヤ
１２を回転駆動すべき方向は矢印Ｋ２方向である。

【０００６】一対のペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒは、い
ずれも引き上げる向きに駆動することはできない。ま
た、駆動スプロケットギヤ１２が矢印Ｋ２方向に回転す
るに際し、ペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒが下がる向きの
運動をするのは、ペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒがクラン
ク軸１３上に直立姿勢をとる位置（以下、上死点位置Ｄ
１、という）から、自転車の進行方向側を周り、クラン
ク軸１３下に下垂姿勢をとる位置（以下、下死点位置Ｄ
２、という）に至るまでの１８０度の角度範囲（以下、
駆動可能角度範囲Ｅ１、と言う）のみであり、残余の１
８０度の角度範囲（以下、駆動不能角度範囲Ｅ２、とい
う）については、ペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒは、他律
的に上昇運動をする。したがって、駆動スプロケットギ
ヤ１２を矢印Ｋ２方向に回転駆動するには、駆動可能角
度範囲Ｅ１内にあるいずれかのペダルアーム１１Ｌ、１
１Ｒを踏み下げなければならない。

【０００７】ここで、駆動可能角度範囲Ｅ１内にあるい
ずれかのペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒが水平姿勢になる
位置を基準位置、０度として矢印Ｋ２方向に角度を計り
進めるものとすれば、上死点位置Ｄ１におけるペダルア
ーム１１Ｌ、１１Ｒの位相角は、−９０度であり、下死
点位置Ｄ２にあるペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒの位相角
は、９０度である。また、右のペダルアーム１１Ｒが駆
動可能角度範囲Ｅ１内に位置するときは、左のペダルア
ーム１１Ｌは、必然的に駆動不能角度範囲Ｅ２内に位置
することとなる。逆に、左のペダルアーム１１Ｌが駆動
可能角度範囲Ｅ１内に位置するときは、右のペダルアー
ム１１Ｒは、当然にして駆動不能角度範囲Ｅ２内に位置
する。つまり、左右のペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒは、
同時に駆動可能角度範囲Ｅ１内に位置することができな
い構造になっているのである。

【０００８】運転者のペダリング動作によりクランク軸
１３に生じるトルクＴは、ペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒ
の実効長Ｌとその先端に取り付けられたペダル板１１ａ
を押し下げる向きに加えられる入力Ｆとの積として求め
られる。いま、入力Ｆを一定として上死点位置Ｄ１にあ
る右のペダルアーム１１Ｒからペダリング動作を開始し
た場合、そのトルクＴの発生状況は、図１２に示すよう
に、左右のペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒが１８０度間隔
で交互にトルクＴの山を形成する状況になる。これは、
入力Ｆが一定であるとしても、ペダルアーム１１Ｌ、１
１Ｒのペダリング動作上の実効長Ｌが変化しているため
である。

【０００９】この際の、ペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒの
実効長Ｌの変化率は、三角関数そのものであり、従っ
て、トルク曲線も三角関数曲線そのものである。つま
り、ペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒが上死点位置Ｄ１また
は下死点位置Ｄ２にある時は、ペダルアーム１１Ｌ、１
１Ｒのペダリング動作上の実効長Ｌが０になるためトル
クＴは生じない。また、ピークトルクＴ３は、いずれも
ペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒの位相角が０度の位置で
記録され、平均トルクＴ１は、計算上、ピークトルクＴ
３の６４％程度である。

【００１０】なお、図１２中、Ｔ２は、ペダルアーム１
１Ｌ、１１Ｒの位相角が±４５度の位置のトルクレベ
ルを示している。

【００１１】ここで、従来のペダリング機構において、
自転車の走破性能を一定のレベル以上に高めることがで
きないという問題は、上記、平均トルクＴ１のレベルを
一定のレベル以上に高めることができないという問題に
帰着せしめることができる。すなわち、自転車を走行さ
せるということは、運転者の体重を含み、相当の慣性質
量を有する物体を持続的に移動させる仕事であり、持続
的な走破性能を左右するのはピークトルクＴ３ではな
く、平均トルクＴ１である。何故なら、トルク曲線にお
けるピークやディップは、動的には、慣性質量によって
積分され、均されてしまうからである。また、機械装置
の性能の云々は、運転者の問題とは切り離し、入力Ｆを
一定にして論ずべきところ、従来のペダリング機構にお
いては、入力ＦによるトルクＴの立ち上がり方が、三角
関数的に拘束されているので、ピークトルクＴ３に対す
る平均トルクＴ１のレベルが、一定レベルに自動的に定
まってしまうのである。

【００１２】この発明は、ピークトルクＴ３に対する平
均トルクＴ１のレベルを高め、以って、自転車の走破性
能を向上させることを解決すべき課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】かかる課題に対して、こ
の発明が採用する手段は、サドルの下方に、車体フレー
ムを介して左右一対のペダルアームを取り付けたクラン
ク軸を配設し、左右のペダルアームを交互に踏み下げる
ことによってクランク軸に生じるトルクを、トルク伝達
手段を介して後輪に伝達するようにしてなる自転車のペ
ダリング機構において、クランク軸を左のペダルアーム
用と右のペダルアーム用とに独立させた上、左のペダル
アームと右のペダルアームとの間に逆転機構を介装し、
相互に反対動作可能に連結するとともに、独立したクラ
ンク軸とトルク伝達手段との間に一方向送り機構を介装
し、左右のペダルアームを交互に踏み下げることによっ
て独立したクランク軸に交互に生じるトルクを、交互に
後輪に伝達することをその要旨とする。

【００１４】この構成においては、左右のペダルアーム
は、それぞれ独立のクランク軸を有しているので、同時
に駆動可能角度範囲Ｅ１内に位置することができる。こ
こで、一方のペダルアームを踏み下げると、左右のペダ
ルアーム間に介装した逆転機構が作動する。この逆転機
構は、左右のペダルアームを相互に反対動作させるもの
であるから、他方のペダルアームは、逆に上昇する。次
いで、上昇した方のペダルアームを踏み下げると、先に
踏み下げられていたペダルアームが上昇する。したがっ
て、左右のペダルアームを駆動可能角度範囲Ｅ１内にお
いて、交互に踏み下げる動作が可能になる。

【００１５】このような、ペダリング動作に基づき、独
立した各クランク軸は、交互に正逆方向に回転するが、
ここで、一方向送り機構が働く。この一方向送り機構
は、ペダルアームを踏み下げることによって生じるトル
クを伝達するものであるため、左右のペダルアームを踏
み下げる際の各クランク軸の挙動のみがトルク伝達手段
を介して後輪に伝達される。

【００１６】クランク軸を左のペダルアーム用と右のペ
ダルアーム用とに独立させる手段として、内軸と外軸と
からなる二重軸構造を採用することができる。これによ
って、左右のペダルアームの支点位置を一致させること
ができる他、コンパクトで軽量な同軸構造の逆転機構お
よび一方向送り機構の採用が可能になる。

【００１７】なお、逆転機構としては、次のような構成
を採ることができる。独立させたクランク軸のいずれか
一方に取り付けるベベルギヤと、他方クランク軸に取り
付けるベベルギヤと、双方のベベルギヤに噛合し、車体
フレーム側に回転自在に軸支する中間ベベルギヤとの組
合わせからなることをことをその要旨とするものであ
る。

【００１８】この構成においては、一方のベベルギヤと
他方のベベルギヤとを、中間ベベルギヤを挟んで対面姿
勢で組み合わせることが可能であり、このようなギヤの
組合わせにおいては、対面したベベルギヤは、互いに逆
方向に回転する。したがって、独立のクランク軸は、互
いに逆方向に回転し、一方のペダルアームを踏み下げる
ことにより、他方のペダルアームを上昇位置に復帰させ
ることができる。

【００１９】また、逆転機構は、独立させたクランク軸
のいずれか一方に取り付けるセンタギヤと、他方のクラ
ンク軸に取り付けるサンギヤと、サンギヤとセンタギヤ
との双方に噛合し、車体フレーム側に回転自在に軸支す
るプラネタリギヤとを組合わせた構成を採ることができ
る。

【００２０】この構成においては、必然的に、センタギ
ヤの回転方向とサンギヤの回転方向がプラネタリギヤを
挟んで逆向きになる。したがって、クランク軸を介して
サンギヤ側に連結したペダルアームを踏み下げれば、ク
ランク軸を介してセンタギヤ側に連結したペダルアーム
が上昇し、逆に、センタギヤ側に連結したペダルアーム
を踏み下げれば、サンギヤ側に連結したペダルアームが
上昇するという、左右のペダルアーム間における反対動
作が実現されることとなる。

【００２１】さらに、逆転機構は、左右のペダルアーム
に連結する一対の第一節リンクプレートと、この一対の
第一節リンクプレートを相互に連結する一対の第二節リ
ンクプレートとを備える平行四節リンク構成とすること
ができる。

【００２２】このような構成における一対の第一節リン
クプレートと一対の第二節リンクプレートとは、これら
によって構成される四辺形が潰れ又は復元し、さらに
は、潰れた四辺形が潰れた側と反対側に復元するがごと
き変形をすることが可能である。このとき、一対の第一
節リンクプレートの動作に注目すると、一対の第一節リ
ンクプレートは、その連結点を中心として、互いに接近
又は離隔し、さらには、反対側に離隔するような回動動
作をする。そこで、一対の第一節リンクプレートに連結
された左右のペダルアーム間には、互いに反対方向の動
作が現れることとなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を引用しながら本発明
の実施の形態を説明する。自転車のペダリング機構は、
左右一対のペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒ、クランク軸１
３、逆転機構２０、一方向送り機構５０を主たる構成部
材としてなり、左右のペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒが、
常時、水平位置を基準とし、クランク軸１３を中心とし
て自転車の進行方向側の±９０度の駆動可能角度範囲Ｅ
１内にあることを特徴としている（図１）。

【００２４】運転者Ｍによるペダリング動作は、駆動可
能角度範囲Ｅ１内において、左右のペダルアーム１１
Ｌ、１１Ｒ交互に踏み下げるようにして行なわれ、これ
によってクランク軸１３に生じるトルクは、駆動スプロ
ケットギヤ１２と、チェーンＣＨと、後輪６０側に設け
る従動スプロケットギヤ１４とからなるトルク伝達手段
１０を介して、後輪６０に伝達される。

【００２５】ここで、ペダリング機構を取り付けること
との関係において、自転車の車体フレーム７０について
説明する。同図には、代表例として最もスタンダードな
形態の自転車を図示しており、その車体フレーム７０
は、ハンドル７１、フロントフォーク７２、アッパーパ
イプ７３、ロアーパイプ７４、リヤフォーク７５、リヤ
アーム７６、メインパイプ７７等からなり、全体として
は、平行四辺形の中間部にメインパイプ77を立設して、
補強したような組立てである。

【００２６】メインパイプ７７の上端部にはサドル７８
が取り付けられており、駆動スプロケットギヤ１２は、
サドル７８の下方、ロアーパイプ７４とリヤアーム７６
とメインパイプ７７との連結点に配置されている。ま
た、リヤフォーク７５とリヤアーム７６の連結点には、
車軸６１が取り付けられており、車軸６１には後輪６０
が、後輪６０には従動スプロケットギヤ１４が取り付け
られ、駆動スプロケットギヤ１２と従動スプロケットギ
ヤ１４との間には、チェーンＣＨが掛け回されている。

【００２７】なお、従来の自転車の従動スプロケットギ
ヤ１４には、回転中の後輪６０が、ペダルアーム１１
Ｌ、１１Ｒを停止する動作や逆転する動作の影響を受け
ることなく回転を維持できるように、ラチェット機構が
組み込まれているところであるが、この実施例において
は、後述する理由により、ラチェット機構が不要である
ため省略してある。しかし、このラチェット機構は、自
転車が惰性で走行する際のチェーンの空転による機械損
失や騒音を防ぐ意味で、省略することなく、そのまま存
置しておいてもよい。

【００２８】ロアーパイプ７４とリヤアーム７６とメイ
ンパイプ７７との連結は、これらの部材と直交する向き
の短い軸ハウジング７９を介して行われており、クラン
ク軸１３は、軸ハウジング７９の内部に組み込まれてい
る（図２）。

【００２９】クランク軸１３は、中実の内軸１３Ｌと、
中空の外軸１３Ｒとからなる二重軸構成を採っており、
両者間に装入されたニードルローラーベアリングＢ１、
Ｂ１を介して独立して回転することができる。左右のペ
ダル１１、１１は、ペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒとペダ
ル板１１a、１１aとからなり、ペダル板１１a、１１a
は、ペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒに対して回転自在であ
る。左のペダル１１は、内軸１３Ｌの左端に、右のペダ
ル１１は、外軸１３Ｒの右端に、いずれも、自転車の進
行方向に向けて取り付けられている。ペダルアーム１１
Ｌ、１１Ｒは、それぞれ、内軸１３Ｌ、外軸１３Ｒによ
るカンチレバー支持であり、ペダル板１１a、１１aに踏
力が加えられると、内軸１３Ｌ、外軸１３Ｒには、ペダ
ルアーム１１Ｌ、１１Ｒの実効長と踏力との積で示され
るところの回転モーメントないし回転トルクが生じる。

【００３０】逆転機構２０は、センタギヤ２２とサンギ
ヤ２３とプラネタリギヤ２４との組合わせからなる一種
の遊星歯車機構であり、左のペダルアーム１１Ｌと右の
ペダルアーム１１Ｒとは、逆転機構２０介して連結され
ている。逆転機構２０全体は、クランク軸１３の右端に
配置する一対のギヤハウジング２１a、２１b内に収納さ
れている。この内、外側のギヤハウジング２１aには、
筒部２１cが形成されており、外側のギヤハウジング２
１aは、筒部２１cによってリヤアーム７６を把持するよ
うにして車体フレーム７０側に固定されている。一方、
内側のギヤハウジング２１bは、外軸１３Ｒの右端に固
定され、右のペダルアーム１１Ｒの動きにしたがって回
転する。なお、右のペダルアーム１１Ｒは、内側のギヤ
ハウジング２１bを介して外軸１３Ｒに連結されてい
る。また、外側のギヤハウジング２１aと内側のギヤハ
ウジング２１bとの間には、ベアリングＢ２が介装さ
れ、相互の相対回転が許容される。

【００３１】センタギヤ２２は、内軸１３Ｌの右端に固
定され、左のペダルアーム１１Ｌの動きにしたがって回
転する。一方、サンギヤ２３は、内側のギヤハウジング
２１bを介して外軸１３Ｒの右端に固定され、右のペダ
ルアーム１１Ｒの動きにしたがって回転する。また、プ
ラネタリギヤ２４は、センタギヤ２２とサンギヤ２３と
の間に挟み込まれた状態で、固定のギヤハウジング２１
aに自転できるように軸支されている。

【００３２】したがって、センタギヤ２２とサンギヤ２
３とプラネタリギヤ２４との噛合状態は、図３に示すよ
うなものである。ここで、右のペダルアーム１１Ｒを踏
み下げると、ギヤハウジング２１bとともに、サンギヤ
２３が時計方向に回転する。すると、サンギヤ２３に噛
合するプラネタリギヤ２４が、同じく時計方向に回転す
る。そこで、プラネタリギヤ２４に噛合するセンタギヤ
２２が反時計方向に回転し、左のペダルアーム１１Ｌ
は、右のペダルアーム１１Ｒと反対側に回動するように
上昇するのである。また、逆に、左のペダルアーム１１
Ｌを踏み下げると、右のペダルアーム１１Ｒが上昇する
ことについては言うまでもない。

【００３３】なお、センタギヤ２２とサンギヤ２３とプ
ラネタリギヤ２４との噛合状態は、左右のペダルアーム
１１Ｌ、１１Ｒが水平位置において、一直線をなして揃
うように設定してある。また、このような歯車の組合わ
せにおいては、センタギヤ２２とサンギヤ２３の歯数比
を一対一に設定することができないために、左右のペダ
ルアーム１１Ｌ、１１Ｒの挙動量に若干の差異が生じる
のであるが、ペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒを足で踏み下
げるという動作に関する限りは、実用上の支障は観察さ
れない。

【００３４】一方向送り機構５０は、軸ハウジング７９
を挟んで、逆転機構２０の反対側に配置され、駆動スプ
ロケットギヤ１２は、一方向送り機構５０を介してクラ
ンク軸１３に連結されている（図２）。一方向送り機構
５０の実質は、特殊なワンウェイクラッチであり、通常
のワンウェイクラッチと異なるところは、内軸１３Ｌと
外軸１３Ｒとに対応して一対のカムリング５２Ｌ、５２
Ｒを有する点である。

【００３５】各カムリング５２Ｌ、５２Ｒは、ディスク
状体であり、いずれも、筒状のスリーブ５２b、５２bと
一体化されている。一方のカムリング５２Ｌは、スリー
ブ５２bを内軸１３Ｌの端に嵌め込んだ上、ノックピン
Ｐ１を打ち込んで固定され、内軸１３Ｌとともに回転す
る。また、左のペダルアーム１１Ｌは、スリーブ５２b
を介して内軸１３Ｌに連結されている。他方のカムリン
グ５２Ｒは、同様にスリーブ５２bを介して、カムリン
グ５２Ｌと対峙する姿勢で外軸１３Ｒに固定され、外軸
１３Ｒに伴って回転する。一対のカムリング５２Ｌ、５
２Ｒは、ベアリングＢ２を介していずれのカムリング５
２Ｌ、５２Ｒとも相対回転可能なクラッチハウジング５
１に内装されている。駆動スプロケットギヤ１２は、こ
のクラッチハウジング５１に固定され、クラッチハウジ
ング５１と一体となって回転するようになっている。て
いる。

【００３６】各カムリング５２Ｌ、５２Ｒの外周部に
は、異形の凹陥部５２bが等間隔で多数形成されてお
り、各凹陥部５２bには、クラッチハウジング５１との
間に鋼球Ｓ１が装填されている（図４）。同図に示す形
状の凹陥部５２bは、カムリング５２Ｌ、５２Ｒが時計
方向に回転するとき、鋼球Ｓ１がクラッチハウジング５
１との間の楔として働き、カムリング５２Ｌ、５２Ｒが
反時計方向に回転するとき、鋼球Ｓ１がベアリングとし
て働くように作用するものである。

【００３７】この結果、右のペダルアーム１１Ｒ踏み下
げられてカムリング５２Ｒが時計方向に駆動されると、
それによって外軸１３Ｒに生じたトルクは、鋼球Ｓ１を
介してクラッチハウジング５１に伝達される。したがっ
て、クラッチハウジング５１に取り付けられた駆動スプ
ロケットギヤ１２が回転駆動される。このとき同時に、
左のペダルアーム１１Ｌが上昇し、そのカムリング５２
Ｌが反時計方向に回転していのであるが、この動きに対
しては、鋼球Ｓ１がベアリングとして働くため、逆転機
構２０の作用によって内軸１３Ｌに伝達されたトルク
は、駆動スプロケットギヤ１２には伝達されない。

【００３８】同様にして、左のペダルアーム１１Ｌが踏
み下げられる場合には、そのペダルアーム１１Ｌよるト
ルクのみがトルク伝達手段１０の入力側である駆動スプ
ロケットギヤ１２に伝達される。つまり、常に、踏み下
げられる一方のペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒに加えられ
る力のみが、駆動スプロケットギヤ１２に伝達されるの
である。このことが、原理上、従動スプロケットギヤ１
４側にラチェット機構が不要であることの理由でもあ
る。

【００３９】なお、一方向送り機構５０についての説明
は、ここに挙げた一例に止めるが、これに限る趣旨では
ない。一方向送り機構５０としては、同様の作用を奏す
ることのできる、例えば、単なるガンギ車であってもよ
く、また、一方向に食付き作用を有するディスクブレー
キ類似の機構であっても利用可能である。

【００４０】このような自転車のペダリング機構におい
ては、運転者は、駆動可能角度範囲Ｅ１内において、道
路状況等に応じて駆動可能角度範囲Ｅ１内において、ペ
ダリングストロークＰＳの範囲を自在に選択してペダリ
ング動作をすることができるとともに、生じるトルクＴ
の高いペダリングストロークＰＳの範囲を選択してペダ
リング動作をすることにより、ピークトルクＴ３に対す
る平均トルクＴ１を格段に高めることができる（図５、
図６）。

【００４１】このことをペダルアーム位相角±θ、θ＝
４５度の範囲で右のペダルアーム１１Ｒからペダリング
動作をする場合を例として説明する。待機状態のペダル
アーム１１Ｒは、−４５度の位置にあり、これに入力Ｆ
を加えると、トルクＴは、瞬時に、その時点のペダルア
ーム１１Ｒの実効長Ｌと入力Ｆとによって決定されるト
ルクレベルＴ２にまで立ち上がる。そして、この点が、
ペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒを踏み下げる動作が、常に
上死点位置Ｄ１から開始される従来のペダリング機構に
おけるトルクＴの立ち上がり方とは、決定的に異なるの
である（図１２参照）。

【００４２】次いで、ペダルアーム１１Ｒが水平になる
位相角０度において、ピークトルクＴ３を記録し、４５
度の位置では、運転者が力を加える足を左足に切り替え
るため、トルクＴは、T２レベルに立ち下がる。この時
点で駆動スプロケットギヤ１２は９０度回転し、左のペ
ダルアーム１１Ｌは、逆転機構２０の働きで−４５度の
位置に移動している。次いで、これを踏み下げることに
よりで左のペダルアーム１１ＬによるトルクＴの山がT
２レベルから立ち上がる。この際のトルクＴの立ち上が
り態様は、右のペダルアーム１１Ｒの場合と同様であ
り、この時点で駆動スプロケットギヤ１２は、一方向送
り機構５０の働きにより、さらに９０度同方向に回転す
る。以後、運転者のペダリング動作の継続により、９０
度間隔でトルクＴの山が順次に立ち上がり、駆動スプロ
ケットギヤ１２は、円滑に回転を持続する。また、運転
者は、駆動スプロケットギヤ１２一回転につき、四回ペ
ダルアーム１１Ｌ、１１Ｒを踏み下げることになる。

【００４３】このようなペダリング動作において、ピー
クトルクＴ３自体は、ペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒの長
さ、または入力Ｆを変化させない限り、従来の自転車に
おけるペダリング機構と同等であるに拘らず、その平均
トルクＴ１のレベルは格段に高く、ピークトルクＴ３の
９０％程度に達する。このことは、このペダリング機構
１０によって、登板能力や最高速度等を大幅に高めるこ
とができることを示している。また、ペダルアーム位相
角±θを例えば、θ＝３０度の範囲に選択してペダリン
グ動作を実行すれば、さらに平均トルクＴ１のレベルを
高めることもできる。ただし、いたずらに狭いペダリン
グストロークＰＳの範囲を選択することはできない。こ
れは、選択する範囲が極端に狭いと、駆動スプロケット
ギヤ１２一回転当たりの所要ペダリング回数が増加する
ため、運転者の運動能力が追随できなくなるからであ
る。

【００４４】その他、このペダリング機構１０は、道路
状況等に応じてペダリング回数を増やすことによって、
平均トルクＴ１を高めることができるという意味におい
て、一種の無段変速機能を兼ね備えるものであるという
ことができる。また、平均トルクＴ１が高いことに基づ
き、駆動スプロケットギヤ１２と従動スプロケットギヤ
１４との歯数比を高め、スピードレコード用等の高速用
途に応えることができる。さらに、ペダリングストロー
クＰＳが小さいことに基づき、ペダルアーム１１Ｌ、１
１Ｒを長めに設定することができるので、マウンテンバ
イク等の高トルク用途に応えることができる他、脚が短
い低学年児童や、スカートの裾が気になる女性の利用に
も便利である。

【００４５】ここで、逆転機構２０に代わる逆転機構３
０、４０の例を説明する（図７ないし図１０）。逆転機
構３０は、ギヤハウジング３１と、一対のベベルギヤ３
２、３３と、４個の中間ベベルギヤ３４とからなる（図
７、図８）。ギヤハウジング３１には、筒部３１bが一
体成形され、ギヤハウジング３１は、筒部３１bでリヤ
アーム７６を把持し、クランク軸１３の右端を覆うよう
に車体フレーム７０側に固定されている。一対のベベル
ギヤ３２、３３は、それぞれ、歯を切った側を対面させ
る姿勢で、内軸１３Ｌ、外軸１３Ｒの右端に取り付けら
れている。また、４個の中間ベベルギヤ３４は、ギヤハ
ウジング３１の内側に、９０度間隔に振り分けてベベル
ギヤ３２、３３の中心に向けて回転自在に取り付けられ
ている。すなわち、一対のベベルギヤ３２、３３は、中
間ベベルギヤ３４を間に挟み込んで歯合している。右の
ペダルアーム１１Ｒ基端部は、クランク形に曲げられて
おり、外軸１３Ｒに取り付けたベベルギヤ３３の側面に
固定されている。

【００４６】このような歯車の組合わせにおいて、右の
ペダルアーム１１Ｒが踏み下げられると、ベベルギヤ３
３が時計方向に回転する一方、ベベルギヤ３２は、中間
ベベルギヤ３４を介して反時計方向に回転する。したが
って、左のペダルアーム１１Ｌには、右のペダルアーム
１１Ｒとは逆に、上昇する動作が実現される。

【００４７】逆転機構４０は、リンク機構を応用するも
のである（図９、図１０）。逆転機構４０は、把持部４
１bおよび長孔４１Ｈを形成した固定ブラケット４１
と、長短一対の第一節リンクプレート４２Ｒ、４２Ｌ
と、同じく長短一対の第二節リンクプレート４３Ｒ、４
３Ｌと、軸孔Ｈ４設けたスライドリング４４とからなる
（図９）。ただし、長い方の第一節リンクプレート４２
Ｒと右のペダルアーム１１Ｒの基部とは、共用部材であ
り、また、長孔４１Ｈの短径は、スライドリング４４の
外径相当に形成されている。

【００４８】一方の第一節リンクプレート４２Ｒの一端
は、外軸１３Ｒの右端に固定されている。また、他の一
端側には、外軸１３Ｒから所定の間隔を以って、軸孔Ｈ
１が設けられている。他方の第一節リンクプレート４２
Ｌの一端は、内軸１３Ｌの右端に左のペダルアーム１１
Ｌと同方向を向けて固定され、他の一端側には、極く短
い軸４２bが突設されている。短い方の第二節リンクプ
レート４３Ｒは、短い方の第一節リンクプレート４２Ｌ
と同長、相似形であるが、その両端に反対方向を向けて
一対の軸４３b、４３bが突設されている。また、長い方
の第二節リンクプレート４３Ｌには、その両端に一対の
軸孔Ｈ２、Ｈ３が設けられ、中間部には、軸４３bが突
設されている。なお、一対の軸孔Ｈ２、Ｈ３の間隔は、
第一節リンクプレート４２Ｒの内軸１３Ｌの中心と軸孔
Ｈ１の中心との間隔に等しく、外軸１３Ｒ、軸４２b等
および軸孔Ｈ１ないし軸孔Ｈ４等の向きは、同方向であ
る。

【００４９】逆転機構４０を構成するこれらの部材は、
平行四節リンクを形成するように組み立てられている
（図９、図１０）。先ず、固定ブラケット４１は、長孔
４１Ｈ内にスライドリング４４を装填した状態でリヤア
ーム７６に固定される。このとき、固定ブラケット４１
は水平姿勢であり、スライドリング４４は、長孔４１Ｈ
の範囲内で水平方向に移動することができる。また、短
い方の第二節リンクプレート４３Ｒは、短い方の第一節
リンクプレート４２Ｌと平行姿勢を保つようにして、そ
の一方の軸４３bを長い方の第一節リンクプレート４２
Ｒの軸孔Ｈ１に挿入して組み付けられている。また、長
い方の第二節リンクプレート４３Ｌは、長い方の第一節
リンクプレート４２Ｒと平行姿勢を保つようにして、そ
れぞれ、軸４２bと軸孔Ｈ２とを、軸４３bと軸孔Ｈ３と
を対応させて、短い方の第一節リンクプレート４２Ｌと
短い方の第二節リンクプレート４３Ｒを連結するように
組み付けられるとともに、その軸４３cは、軸孔Ｈ４と
を対応させて、固定ブラケット４１内のスライドリング
４４にも組み合わされている。

【００５０】このような逆転機構４０における、一対の
第一節リンクプレート４２Ｒ、４２Ｌと一対の第二節リ
ンクプレート４３Ｒ、４３Ｌとによって形成される四辺
形は、クランク軸１３を固定の支点とし、スライドリン
グ４４の軸孔Ｈ４に対応する第二節リンクプレート４３
Ｌの軸４３cを可動の支点として変形することが可能で
あり、この際、一対の第一節リンクプレート４２Ｒ、４
２Ｌは、クランク軸１３を中心に、水平位置を挟んで交
差するように、両者間に形成される角度を変化させる。
したがって、第一節リンクプレート４２Ｒ、４２Ｌのそ
れぞれに連結された左右のペダルアーム１１Ｌ、１１Ｒ
は、互いに反対方向に運動することができるのである。

【００５１】なお、以上の説明において、自転車、と言
うときには、ペダリング動作に基づくトルクＴによって
走行するものである限り、専ら荷役用の三輪車や、幼児
の運動玩具に見られるような四輪のものを含むものとす
る。また、ペダリング動作における駆動可能角度範囲Ｅ
１は、必ずしも水平位置を基準として自転車の進行方向
側の±９０度の範囲に一致するものではなく、あくまで
も、運転者の運転姿勢によって決定する上死点Ｄ１の位
置と下死点Ｄ２の位置によって定まるものである。スピ
ードレコード用や、加速記録用等のカウリングを備える
特殊な自転車においては、極端な前傾姿勢や後傾姿勢が
とられることがあるからである。さらに、トルク伝達手
段１０として、チェーンＣＨを用いる、いわゆるチェー
ンドライブのもののみを例示したが、トルク伝達手段１
０が、シャフトドライブであっても、ベルトドライブで
あっても何等不都合はない。この場合には、それぞれ、
駆動スプロケットギヤ１２に代えて、クランク軸１３
に、ベベルギヤまたはベルトプーリを取り付ければ足り
るからである。

【００５２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る自
転車のペダリング機構は、クランク軸を左のペダルアー
ム用と右のペダルアーム用とに独立させることによっ
て、左右のペダルアームが同時に、自転車を進行させる
向きにトルクを生じさせることができる駆動可能範囲内
に位置することを可能にするとともに、しかも、左右の
ペダルアーム間に介装した逆転機構によって、駆動可能
範囲内において高トルクを得られる範囲を選択してペダ
リング動作をすることができるので、ピークトルクに対
する平均トルクのレベルを格段に高め、自転車の登板性
能、加速性能、最高速度等の走破性能を大幅に向上する
ことができるという効果を奏する。

【００５３】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の全体概念を示す模式図である。

【図２】一部を破断して示す上記実施例の要部の平面図
である。

【図３】上記実施例の逆転機構を示す断面図である。

【図４】上記実施例の一方向送り機構を示す断面図であ
る。

【図５】上記実施例のペダリング動作例を示す線図であ
る。

【図６】上記実施例のペダリング機構のトルク曲線図で
ある。

【図７】一部を破断して示す別の逆転機構の平面図であ
る。

【図８】一部を破断して示す上記逆転機構の側面図であ
る。

【図９】別の逆転機構の分解斜視図である。

【図１０】上記逆転機構の動作説明図である。

【図１１】従来のペダリング機構の動作説明図である。

【図１２】従来のペダリング機構のトルク曲線図であ
る。

【符号の説明】

１０トルク伝達手段１１L、１１R ペ
ダルアーム１３クランク軸１３L 内軸１３R 外軸２０、３０、４０
逆転機構２２センタギヤ２３サンギヤ２４プラネタリギヤ３２、３３ベベ
ルギヤ３４中間ベベルギヤ５０一方向送り
機構４２L、４２R 第一節リンクプレート４３L、４３R 第二節リンクプレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サドルの下方に、車体フレームを介して
左右一対のペダルアームを取り付けたクランク軸を配設
し、前記左右のペダルアームを交互に踏み下げることに
よって前記クランク軸に生じるトルクを、トルク伝達手
段を介して後輪に伝達するようにしてなる自転車のペダ
リング機構において、前記クランク軸を左のペダルアー
ム用と右のペダルアーム用とに独立させた上、前記左の
ペダルアームと右のペダルアームとの間に逆転機構を介
装し、相互に反対動作可能に連結するとともに、前記独
立したクランク軸とトルク伝達手段との間に一方向送り
機構を介装し、前記左右のペダルアームを交互に踏み下
げることによって前記独立したクランク軸に交互に生じ
るトルクを、交互に後輪に伝達するようにしてなる自転
車のペダリング機構。
【請求項２】前記クランク軸が、内軸と外軸とからな
る二重軸構造を採ることを特徴とする請求項１記載の自
転車のペダリング機構。
【請求項３】前記逆転機構が、独立させた前記クラン
ク軸のいずれか一方に取り付けるベベルギヤと、前記ク
ランク軸の他方に取り付けるベベルギヤと、該ベベルギ
ヤと前記ベベルギヤとの双方に噛合し、前記車体フレー
ム側に回転自在に軸支する中間ベベルギヤとの組合わせ
からなることを特徴とする請求項２記載の自転車のペダ
リング機構。
【請求項４】前記逆転機構が、独立させた前記クラン
ク軸のいずれか一方に取り付けるセンタギヤと、前記ク
ランク軸の他方に取り付けるサンギヤと、該サンギヤと
前記センタギヤとの双方に噛合し、前記車体フレーム側
に回転自在に軸支するプラネタリギヤとの組合わせから
なることを特徴とする請求項２記載の自転車のペダリン
グ機構。
【請求項５】前記逆転機構が、前記左右のペダルアー
ムに連結する一対の第一節リンクプレートと、該一対の
第一節リンクプレートを相互に連結する一対の第二節リ
ンクプレートとを備え、平行四節リンクを構成すること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の自転車のペ
ダリング機構。