JPH0539080A - テコ支点を設けた自転車のクランク機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 自転車のクランクの回転ストロークは従来の
物と同じでありながら、回転トルクを、５倍から１５倍
位まで増幅さすことに依って飛躍的な出力、又は飛躍的
な省力化をもたらす。 【構成】 出力軸であるハンガーシャフト（Ａ）の端部
に支点軸保持アーム（１）の一端と従節（２）を連結的
に固着し、支点軸保持アーム（１）の他端は支点軸
（３）を介して原節（５）に軸着する。テコ支点軸保持
腕（４ｂ）の一端を原節（５）に固着し、他端はテコ支
点軸（４ｃ）を介してクランクレバー（４）に軸着す
る。クランクレバーテコ作用点部（４ｅ）の端部にテコ
作用点軸（４ｆ）の軸受穴を設け、クランクレバー先端
媒介節（４ａ）の一端をテコ作用点軸（４ｆ）を介して
軸着し、他端は原節（５）の軸に軸着する。同じく原節
（５）の軸に媒介節（６）の一端を軸着し、他端は従節
（２）の軸に軸着する。クランクレバー（４）の端部に
入力軸であるペタルシャフト（Ｂ）を螺着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クランクの長さを従来
のものより長くしたクランクレバーに、テコの機能を加
味して、数倍に増幅した回転トルクを、原節・媒介節・
従節を介してハンガーシャフトからチェンリングに伝え
る、自転車のクランク機構に関するものである。尚、本
発明は当該出願人と同一の出願人によって、先般特許出
願された、「整理番号００１・提出日平成３年７月２日
・発明の名称クランク長さを倍増した自転車のクランク
機構」の機能を改良し更に性能を向上させた物である。
従って、「従来の技術」とは上記「クランク長さを倍増
した自転車のクランク機構」を意味するものとし、比較
検討もそれとの改良敷衍点を主として述べることにす
る。以後、上記「クランク長さを倍増した自転車のクラ
ンク機構」を「先行技術」と名指しすることにし、現在
巷間に普及している一般の自転車のクランクを「所謂従
来技術」と名指しすることにする。尚、当該特許請求の
範囲のみではクランク機構として機能せず、上記先行技
術と複合し相俟って初めてクランク機構として十全に機
能するものである。

【０００２】

【従来の技術】先行技術として、ハンガーシャフト
（Ａ）の端部に支点軸保持アーム（１）の一端と従節
（２）を、各々直接又は連結的に固着し、一方ペタルシ
ャフト（Ｂ）を一端に固着したクランクレバー（４）の
他端に原節（５）を固着し、支点軸（３）を介して支点
軸保持アーム（１）の他端とピン接合し、原節（５）と
従節（２）に媒介節（６）を介して成る自転車のクラン
ク機構なるものが、当該出願人と同一の出願人に依って
発明され特許出願されている。上記先行技術は、現在巷
間に普及している所謂従来技術の自転車に比べ、同じ回
転ストロークで約２倍の回転トルクを得ることが出来る
ので、約２倍のスピードアップ、或は約２分の１の省力
化が出来るが、それ以上の性能を持たすことは出来な
い。

【０００３】

【発明が解決しょうとする課題】先行技術のクランクレ
バーの長さは、自転車の機能上クランク地上高さを考慮
しなければならないので、所謂従来技術のクランク長さ
の２倍位が限度である。従って先行技術の自転車では、
所謂従来技術の自転車に比べ、同じ回転ストロークで２
倍位の回転トルクを得るのが限度である。本発明は上記
欠点を除くことを目的とする。即ち、回転ストロークは
従来のものと同じに保ちながら回転トルクは所謂従来技
術に比べ５倍以上に増強さすことである。その事によっ
て所謂従来技術のものより約５倍以上のスピードアップ
や又は、多大の省力化を可能にすることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の構成を先行技術
との関連も含めて説明すると、 〔イ〕 ハンガーシャフト（Ａ）の端部に、支点軸保持
アーム（１）の一端と従節（２）を連結的に固着し、支
点軸保持アーム（１）の他端に支点軸（３）を介して原
節（５）を回動自在ピン接合として軸着する。テコ支点
軸保持腕（４ｂ）の一端を原節（５）に剛接合として固
着し、他端にテコ支点軸（４ｃ）を突設する。 〔ロ〕 ペタルシャフト（Ｂ）を一端に固着したクラン
クレバー（４）に軸受穴を設け、テコ支点軸（４ｃ）を
介してテコ支点軸保持腕（４ｂ）と回動自在なピン接合
として軸着する。 〔ハ〕 クランクレバー先端部をクランクレバーテコ作
用点部（４ｅ）と名指し、テコ機能作用部として装設
し、テコ作用点軸（４ｆ）を介してクランクレバー先端
媒介節（４ａ）の一端と回動自在なピン接合として軸着
する。 〔ニ〕 クランクレバー先端媒介節（４ａ）の他端を、
原節の軸を用いて原節（５）と回動自在なピン接合とし
て軸着する。 〔ホ〕 上記構成に当り、支点軸（３）とテコ支点軸
（４ｃ）とハンガーシャフト（Ａ）とペタルシャフト
（Ｂ）の各軸の中心軸線が、同一平面上に有るか又はそ
れに近似し、且つ支点軸（３）とペタルシャフト（Ｂ）
の間にテコ支点軸（４ｃ）とハンガーシャフト（Ａ）が
来る様な状態に調整する事。以上の様に構成して成る、
テコ支点を設けた自転車のクランク機構である。尚、機
素の概念に就いて少し説明を加えておくと、クランクレ
バー（４）とクランクレバーテコ作用点部（４ｅ）は一
つの部品として形成されるので本来一つの機素であり、
従って一つの名称で呼ぶのが一般ではあるが、当該機構
の機能の説明上、上記二つの名称に分けて名指ししてい
る。また、原節（５）と支点軸（３）や、支点軸保持ア
ーム（１）と従節（２）、クランクレバー先端媒介節
（４ａ）とテコ作用点軸（４ｆ）、原節（５）とテコ支
点保持腕（４ｂ）とテコ支点軸（４ｃ）等を一体として
形成したとき一つの部品になり、本来一つの機素であり
一つの名称で呼ぶのが一般であるが、この場合も当該機
構の機能の説明上別々の名称に分けて名指ししており、
別々の機素の集合として扱うものとする。但し、各軸の
先端エッジを形成する円形縁の六角穴付ボルトは、各々
螺着する軸の一部として扱うものとし、従って同一の符
号で表すものとする。又、従節（２）と媒介節（６）の
ピン接合の役割を担う軸は、該軸の固着された機素に含
まれるものとする。同じく、原節（５）とクランクレバ
ー先端媒介節（４ａ）や媒介節（６）との係合に於いて
ピン接合の役割を担う軸は、該軸の固着された機素に含
まれるものとする。従って、上記二種類の軸は、その含
まれる機素の一部として同一の符号及び名称で名指しす
るものとする。尚、該二種類の軸は係合するいずれの機
素とも固着することなく、全てピン接合としても機能す
るが、その場合は係合する原節（５）又は従節（２）の
一部として扱うものとする。

【０００５】

【作用】本発明の構成に基づいて作用を説明する。ペタ
ルシャフト（Ｂ）から人力によって入力された力は、テ
コの原理によりテコ支点軸（４ｃ）の周りに力のモーメ
ントを発生せしめる。該モーメントはテコ作用点軸（４
ｆ）のまわりに同値で伝わり、該軸のピン接合を通して
一旦、直線力に変化してクランクレバー先端媒介節（４
ａ）に伝わり、原節（５）の軸のピン接合を通して再び
力のモーメントに変化して原節（５）に伝わる。｛但
し、「図６・図７」の場合はテコ支点軸（４ｃ）の周り
に発生した力のモーメントは直線力に変化することなく
回転力のまま原節（５）に伝わる。｝一方、クランクレ
バー（４）とピン接合しているテコ支点軸（４ｃ）に発
生した反力は、一端が該軸と剛接合しているテコ支点軸
保持腕（４ｂ）に伝わり、該保持腕の他端で剛接合に固
着している原節（５）に力のモーメントを発生せしめ
る。従って、原節（５）には同じ方向に作用する上記二
つの力のモーメントが、同時発生的に伝わり、その合力
が原節（５）に発生する事になる。つまり、ペタルシャ
フト（Ｂ）から人力に依って入力された力から発生した
力は、全て無駄なく有効に原節（５）に伝えられる事に
なる。次に、原節（５）に伝わった力のモーメントは、
原節（５）の軸のピン接合を通して一旦直線力に変化し
て媒介節（６）に伝わり、従節（２）に伝わる。従節
（２）で再び力のモーメントに変化して固着したハンカ
ーシャフト（Ａ）に回転力として伝わる。と同時に同じ
く該従節に剛接合して固着した支点軸保持アーム（１）
を回転さして支点軸（３）の位置を然るべき所要の位置
に必然的に確保して、常に当該クランク機構の回転スト
ロークの中心点をハンガーシャフト（Ａ）の軸心、又は
その近似点に保持する。原節（５）には力のモーメント
だけしか作用せず、支点軸保持アーム（１）は該原節と
支点軸（３）を介して回動自在なピン接合をしているの
で、支点軸保持アーム（１）には一切の力学的な力は掛
らない。依ってペタルシャフト（Ｂ）からの入力によっ
て発生した力は、全て無駄なくハンガーシャフト（Ａ）
の回転トルクとして作用する。以上は微分的説明であ
り、これらの運動は全て同時発生的・不即不離に追動運
動し継続的に生起する。次に数値を用いて作用を説明す
る。今、仮にペタルシャフト（Ｂ）とハンガーシャフト
（Ａ）の各軸心間の距離をＬとし、支点軸（３）とペタ
ルシャフト（Ｂ）の各軸心間の距離を２Ｌとする。テコ
支点軸（４ｃ）の軸心の位置をペタルシャフト（Ｂ）の
軸心から（５／８）×２Ｌ＝（５／４）Ｌの距離にと
り、テコ作用点の距離をテコ支点軸（４ｃ）の軸心から
（１／８）×２Ｌ＝（１／４）Ｌの位置にとるものとす
る。｛但し、テコ作用点とはテコ作用点軸（４ｆ）から
クランクレバー（４）の中心軸におろした垂線の交点で
ある。｝ この時、ペタルシャフト（Ｂ）からＲの力を
入力したとすると、テコ作用点に生じるちからは５Ｒで
あり、これがテコ支点軸（４ｃ）の周りに及ぼすモーメ
ントは５Ｒ×（１／４）Ｌ＝１．２５ＬＲである。この
モーメントはテコ作用点軸（４ｆ）の周りに伝わり、そ
こからクランクレバー先端媒介節（４ａ）で一旦直線力
に変化して原節（５）に伝わる。一方、テコ支点軸（４
ｃ）には（Ｒ＋５Ｒ）＝６Ｒの反力が生じる。この反力
はテコ支点軸保持腕（４ｂ）に伝わり、（２Ｌ−５Ｌ／
４）×６Ｒ＝４．５ＬＲモーメントの力を原節（５）に
生じさせる。拠って原節（５）では、 １．２５ＬＲ＋４．５ＬＲ＝５．７５ＬＲ のモーメントが合力として生じる。この力が媒介節
（６）で一旦、直線力に変化して従節（２）に伝わり、
再び回転力と成ってハンガーシャフト（Ａ）に伝えられ
る。所謂従来技術のクランク機構であれば、ＬＲの回転
力しか得られない訳だから、当該クランク機構であれ
ば、その５．７５倍の回転力が得られることになる。上
記、力の関係式を一般的に記述すれば、 Ｌ；ペタルシャフト（Ｂ）とハンガーシャフト（Ａ）の
各軸心間の距離 ２Ｌ；ペタルシャフト（Ｂ）と支点軸（３）の各軸心間
の距離 Ｒ；ペタルシャフト（Ｂ）における入力 Ｋ；テコ作用点において発生する力 ペタルシャフト（Ｂ）とテコ支点軸（４ｃ）の各軸心間
の距離； ２Ｌ×（ｘ／ｍ）＝（２Ｌｘ／ｍ） ただし、ｍ，
ｘはｍ＞ｘの整数 テコ作用点からテコ支点軸（４ｃ）の軸心までの距離； ２Ｌ×（１／ｎ）＝（２Ｌ／ｎ） ただし、ｎは整
数とすると、 Ｋ×（２Ｌ／ｎ）＝Ｒ×（２Ｌｘ／
ｍ） ∴ Ｋ＝（ｎｘ／ｍ）Ｒ Ｋがテコ支点軸（４ｃ）の周りにおよぼすモーメント
は； （ｎｘ／ｍ）Ｒ×（２Ｌ／ｎ）＝（２Ｌｘ／ｍ）Ｒ テコ支点軸（４ｃ）に生じる反力； Ｋ＋Ｒ＝（ｎｘ^＋ｍ／ｍ）Ｒ テコ支点軸保持腕（４ｂ）の力学的有効長さ； ２Ｌ−（２Ｌｘ／ｍ）＝２Ｌ（ｍ⁻ｘ／ｍ） テコ支点軸（４ｃ）に生じる反力が原節（５）にモーメ
ントとして働く力； （ｎｘ^＋ｎ／ｍ）Ｒ×２Ｌ（ｍ⁻ｘ／ｍ）＝２ＬＲｎ
（ｘ^＋１）（ｍ⁻ｘ）／ｍ^２ 原節（５）におけるモーメントの合力は； ２ＬＲ（ｘ／ｍ）＋２ＬＲｎ（ｘ^＋１）（ｍ⁻ｘ）／ｍ^２ 以上の様になる。尚、所謂従来技術の自転車のクランク
と全く同じ様に、当該クランク機構も逆回転さすことが
出来るので、運転操作に不都合な処はない。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 〔イ〕 クランクレバー（４）の一端にペタルシャフト
（Ｂ）を固定状態に螺着し、効果的な任意の位置にテコ
支点軸（４ｃ）の軸受穴を設け、該軸受穴から先をクラ
ンクレバーテコ作用点部（４ｅ）として、クランクレバ
ー及びペタルシャフトと各々直角になるようにして、剛
接合にて突設さして装設する。該クランクレバーテコ作
用点部の端部に軸受穴を設け、クランクレバー先端媒介
節（４ａ）の一端に剛接合に固着されたテコ作用点軸
（４ｆ）に軸着する。該クランクレバー先端媒介節の他
端は原節（５）の端部の軸とピン接合に軸着する。クラ
ンクレバー（４）と平行状態にして一端を原節（５）に
剛接合して固着したテコ支点軸保持腕（４ｂ）の他端
に、ペタルシャフトと平行状態にテコ支点軸（４ｃ）を
固着突設し、クランクレバー（４）の軸受穴に回動自在
なピン接合に軸着する。クランクレバー先端媒介節（４
ａ）は「図１・図８」の様に、引張力と圧縮力を共に有
効に伝達する。硬質の棒状のもの、及び引張力のみ有効
に伝えるワイヤロープやチェン等を用いて装設する。或
は、圧縮力のみ伝える衝合棒や、回転力のまま伝える歯
車を用いて装設する事も出来る。上記が「請求項２」の
範疇に属する当該特許請求範囲の主要部分であり、該原
節から媒介節（６）〜従節（２）〜支点軸保持アーム
（１）〜支点軸（３）〜該原節の構成やハンガーシャフ
ト（Ａ）への係合は先行技術に準じて形成する。 〔ロ〕 前項「イ」の構成からクランクレバー先端媒介
節（４ａ）及びテコ作用点軸（４ｆ）を省略して、クラ
ンクレバーテコ作用点部（４ｅ）を直接、原節（５）に
密接、衝合さして圧縮力のみ伝える様に装設構成したも
のが「図６」によって図示されたものであり、当該「請
求項１」の範疇に属するものである。尚、衝合による摩
耗を防ぐために、クランクレバーテコ作用点部（４ｅ）
の衝合部分を回動自在なローラに装設することや、衝合
する互いの機素をピニオンとラックに装設することも出
来る。 「ハ」 次に「図７」の実施例について説明する。これ
は「請求項３」の範疇に属するものである。支点軸保持
アーム（１）の側面にハンガーシャフト（Ａ）と平行状
態かつ逆方向にクランクレバー先端媒介節用支点軸（４
ｄ）を、テコ支点軸保持腕（４ｂ）に接触することの無
い様にして、剛接合に固着装設し、該軸（４ｄ）の他端
にクランクレバー先端媒介節（４ａ）を回動自在なピン
接合として軸着する。該媒介節（４ａ）の一端をテコ作
用点軸（４ｆ）を介して、クランクレバーテコ作用点部
（４ｅ）に回動自在なピン接合として軸着し、他端を歯
車に形成して装設する。上記媒介節（４ａ）の歯車から
の力を継承すべく原節（５）の一部を原節端補足歯車
（５ｂ）として固着装設する。この場合、支点軸（３）
は原節（５）の所要の個所の両端に固着するものとす
る。以上を特徴とするクランク機構であり、他の構成は
前々項「イ」に準じて形成する。以下、該クランク機構
の効力を数値を用いて説明する。 Ｒ；ペタルシャフト（Ｂ）からの入力 Ｌ；ペタルシャフト（Ｂ）とクランクシャフト（Ａ）の
軸心間の距離 ２Ｌ；ペタルシャフト（Ｂ）と支点軸（３）の軸心間の
距離 （５／４）Ｌ； ペタルシャフト（Ｂ）とテコ支点軸
（４ｃ）の軸心間の距離テコ支点軸（４ｃ）とテコ作用
点軸（４ｆ）の軸心間の距離；（１／４）Ｌテコ作用点
軸（４ｆ）とクランクレバー先端媒介節用支点軸（４
ｄ）の軸心間の距離；（１／４）Ｌクランクレバー先端
媒介節用支点軸（４ｄ）と支点軸（３）の軸心間の距
離；（１／４）Ｌとすると、 テコ支点軸（４ｃ）の周りに生じる力のモーメント；
（５／４）ＬＲ・・・ｉ これは連結する各機素を伝わって、そのままハンガーシ
ャフト（Ａ）に作用する回転力になる。 テコ支点軸（４ｃ）に発生する反力；６Ｒ これがテコ支点軸保持腕（４ｂ）を介して支点軸（３）
の周りに発生せしめる力のモーメント；６Ｒ×（３／
４）Ｌ＝（１８／４）ＬＲ・・ｉｉ これは連結する各機素を伝わって、そのままハンガーシ
ャフト（Ａ）に作用する回転力になる。 クランクレバー先端媒介節用支点軸（４ｄ）に発生する
反力；１０Ｒ これが支点軸保持アーム（１）を介して従節（２）の周
りに発生せしめる力のモーメント；（３／４）Ｌ×１０
Ｒ＝（３０／４）ＬＲ・ｉｉｉ これはそのままハンガーシャフト（Ａ）に作用する回転
力となる。故に、ハンガーシャフト（Ａ）に作用する回
転力の合力は；ｉ＋ｉｉ＋ｉｉｉ即ち、（５／４）ＬＲ
＋（１８／４）ＬＲ＋（３０／４）ＬＲ＋１３．２５Ｌ
Ｒよって、該クランク機構の場合は所謂従来技術に比べ
１３．２５倍の回転力を得ることになる。各支点軸の位
置をうまく調整すれば所謂従来技術の１５倍位の回転力
を得ることは可能である。

【０００７】

【発明の効果】以上述べた様に本発明のクランク機構
は、所謂従来技術の自転車のクランク機構に比べ、同じ
回転ストロークでありながら５倍〜１５倍位の回転トル
クを発生さすことが出来る。従って原理的には５倍〜１
５倍位のスピードアップが可能であり、また１／５〜１
／１５位の省力化が出来ると云う事になる。尚、本発明
のクランク機構の原理は、内燃機関のクランクやタービ
ン機関その他出力増幅機など、クランク使用可能なあら
ゆる機械に広く適応し、エネルギーの創生及び使用のい
ろいろな分野で利用可能であリ、多大な効果をもたらす
画期的な技術である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の斜視図

【図２】 Ｉの個所の断面図

【図３】 ＩＩの個所の断面図

【図４】 ＩＩＩの個所の断面図

【図５】 ＩＶの個所の断面図

【図６】 本発明の斜視図

【図７】 本発明の斜視図

【図８】 本発明の斜視図

【符号の説明】

Ａ ・ ハンガーシャフト Ｂ ・ ペタルシャフト １ ・ 支点軸保持アーム ２ ・ 従節 ３ ・ 支点軸 ４ ・ クランクレバー ４ａ ・ クランクレバー先端媒介節 ４ｂ ・ テコ支点軸保持腕 ４ｃ ・ テコ支点軸 ４ｄ ・ クランクレバー先端媒介節用支点軸 ４ｅ ・ クランクレバーテコ作用点部 ４ｆ ・ テコ作用点軸 ５ ・ 原節 ５ｂ ・ 原節端補足歯車 ６ ・ 媒介節 １１ ・ フィキシングボルト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】〔イ〕 ペタルシャフト（Ｂ）を一端に装
   着したクランクレバー（４）にテコ支点を設け、クラン
   クレバーテコ作用点部（４ｅ）を装設する。 〔ロ〕 テコ支点保持腕（４ｂ）の一方を原節（５）に
   固着し、他端はテコ支点軸（４ｃ）を介してクランクレ
   バー（４）とピン接合する。 〔ハ〕 原節（５）とクランクレバーテコ作用点部（４
   ｅ）を係合さす。 以上の如く構成して成る、テコ支点を設けた自転車のク
   ランク機構。
2. 【請求項２】原節（５）とクランクレバーテコ作用点部
   （４ｅ）の間にクランクレバー先端媒介節（４ａ）を介
   して成る「請求項１」のテコ支点を設けた自転車のクラ
   ンク機構。
3. 【請求項３】支点軸保持アーム（１）にクランクレバー
   先端媒介節用支点軸（４ｄ）の一端を装着し、他端はク
   ランクレバー先端媒介節（４ａ）に係合さして成る「請
   求項２」のテコ支点を設けた自転車のクランク機構。