JPH058787A - クランク長さを倍増した自転車のクランク機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目 的】 この発明は、自転車の回転ストロークを変
えることなく、クランク長さを倍増さすことに拠って、
回転トルクを倍増さすことを目的とする。それによって
倍増された出力または、半減された省エネルギーをもた
らす効果を得る。 【構 成】 出力軸であるハンガーシャフトの端部に支
点軸保持アームの一端と従節を連結的に固着し、支点軸
保持アームの他端に支点軸を固着する。入力軸であるペ
タルシャフトを一端に取付けたクランクレバーの他端に
原節を固着し、支点軸に軸着する。該原節と該従節に媒
介節を介して構成される。

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２倍
増したクランクレバーにより、２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・
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。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、一般に自転車の駆動力
の発生装置は、人力によるペタルからの入力がクランク
に伝わり、該クランクの他端に固着されたハンガーシャ
フトに回転トルクとして伝わり、該ハンガーシャフトと
固着的に連なったチェンリングからチェンを介して後方
のギヤに伝わり、後輪に駆動力を与えている。回転トル
クの大きさは、人力による入力の大きさと、クランク長
さに比例して決定される。従ってクランク長さが長けれ
ば長いほど、大きな回転トルクが得られる訳であるが、
人体の足の回転幅や、ハンガーシャフト中心軸線から地
上迄のハンガー地上高さに自ずから制約があるため、ハ
ンガーシャフトに直接クランクの一端を固着している従
来の方法では、クランク長さを飛躍的に増幅さすことは
出来ず、だいたい１６ｃｍ前後が一般的なクランク長さ
であった。従って、従来技術では飛躍的なスピードアッ
プや省力化は出来なかった。

【０００３】

【発明が解決しょうとする課題】従来技術においては、
クランク長さを、現状より飛躍的に長くすることは出来
ず、従って、従来技術のクランク機構の自転車では、現
状以上の飛躍的なスピードアップや省力化を望むことは
困難である。本発明は、上記欠点を除くことを目的とす
る。即ち、クランクの回転半径は従来の物と同じに保ち
ながらも、回転トルクの発生の因子であるクランクの長
さを２倍増することに依って、回転トルクの大きさを２
倍増さし、従来自転車の２倍近いスピードアップや半減
近い省力化を可能にする事である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の構成を説明する
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）の他端に原節（５）を固着し、支点軸保
持アーム（１）の他端に固着された支点軸（３）に回動
自在なピン接合として軸着する。 〔ハ〕 支点軸（３）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）の間にハンガーシャフト（Ａ）が来る様な状
態に調整して、原節（５）と従節（２）に媒介節（６）
を介する。 〔ニ〕 上記を本発明の自転車の左クランク機構とすれ
ば、該自転車の右クランク機構は、上記〔イ〕〜〔ハ〕
に加えるに、チェンリング（７）をハンガーシャフト
（Ａ）に固定状態に連結して成るものである。 以上の様に構成して成る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、支点
軸保持アームと支点軸や従節及び、クランクレバーと原
節を、鋳造や溶接等に依って一体に形成したとき単一の
部品になるが、この場合にかぎり機能の分化に拠り、本
来の別々の機素の集合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）から人力に依って入力された力は、従
来のクランク長さに比べ２倍増された長さを持つクラン
クレバー（４）に拠り、原節（５）に従来の２倍の回転
トルクを生じさせる。該トルクは媒介節（６）を介して
一旦直線力に変り従節（２）に伝わる。該直線力は、該
従節で再び回転トルクに変り、連結的に固着しているハ
ンガーシャフト（Ａ）に作用する。支点軸（３）とクラ
ンクレバー（４）はピン接合されているため、該支点軸
の周りで発生する該クランクレバーのはモーメントだけ
であり、回転円周上の接線方向の直線力は発生しない。
従ってこの間、原理的に力の減殺される処は無く、拠っ
てハンガーシャフト（Ａ）に従来の２倍の回転トルクが
伝達される事になる。｛ただし、「図９」の様に媒介節
を歯車にしたときは、直線力に変ること無く、回転力の
まま力は伝達される。｝ クランクレバー（４）と支点軸保持アーム（１）とは、
支点軸（３）の回動自在な軸着を介してピン接合してい
る為、力のモーメントは伝わらず、従って此処でも原理
的に回転トルクは全く減殺されない。ハンガーシャフト
（Ａ）と、支点軸保持アーム（１）及び従節（２）は固
着しているので同一の周期運動をする。また、クランク
レバー（４）と原節（５）は固着しているので同一の周
期運動をする。 そして原節（５）と従節（２）に運動
を即、伝える媒介節（６）が掛っている。従ってクラン
クレバー（４）の運動は直ちに当該機構の他の所要機素
に、同時発生的かつ不即不離の追動運動を生じさせる。
尚、上記における同一の周期運動とは、ハンガーシャフ
ト（Ａ）の軸心を回転の中心とした同じ回転角速度の回
転運動の事である。支点軸（３）は支点軸保持アーム
（１）に依って、ハンガーシャフト（Ａ）の軸心から常
に一定の距離に保たれた位置関係で、クランクレバー
（４）の一端を確保している。他方、当該所要の調整に
よって介された媒介節（６）と相俟って、クランクレバ
ー（４）の回転運動の中心点は、ハンガーシャフト
（Ａ）の軸心の位置と一致する。そして該回転運動を直
接誘導するのは支点軸（３）であるが、その位置の変化
はクランクレバー（４）に依ってもたらされる。ここに
おいて回転運動の主体と客体は同時発生的、不即不離の
一如と成っている。従って支点軸（３）のピン接合部が
運動のずれに依る歪で癒着を起こす様な事は無く、本来
のピン接点としての機能を果し、力のモーメントを伝え
る様な事は原理的に全く無い。また、クランクレバー
（４）の回転ストロークは、該クランクレバーの長さの
増幅にかかわらず、従来技術のクランクの回転ストロー
クと同じになる。即ちペタルシャフトからハンガーシャ
フト迄の距離が、その回転半径である。上記に依って、
本発明のクランク機構は従来技術のクランクと比べ、回
転ストロークは同一でありながら、回転トルクを２倍に
迄増幅さすことが出来る。即ち、従来のクランク長さを
Ｌとし、該クランクレバーの長さをその２倍の２Ｌと
し、ベタルシャフトからの入力をＲとすると、従来技術
ではハンガーシャフトに発生するトルクはＬＲである
が、本発明のクランク機構では該支点軸の位置の原節に
２ＬＲのトルクを発生せしめ、媒介節・従節を伝わり、
そのままハンガーシャフトに２ＬＲのトルクを発生せし
める事になる。次に鉛直指向用おもりを設けた支点軸の
作用に就いて説明する。鉛直指向用おもり（８）を設け
た支点軸（３）の両接合部、即ち支点軸保持アーム
（１）及びクランクレバー（４）との接合部を、共に回
動自在の軸着にすると、該支点軸は、おもりの作用に拠
って重心に偏りが生じているので、クランクレバー
（４）及び支点軸保持アーム（１）の回転ストロークの
どの位置に在っても、常に鉛直方向に対して一定姿勢を
保つ事になる。即ち軸受が回転しても軸は回転しないの
で、軸と軸受の間に完全なピン接点が現象することにな
る。従って、クランクレバー（４）で生じたトルクは該
支点軸を通じて直接に支点軸保持アーム（１）に伝わっ
て、該機構の意味を無くすと言うような事は有り得ない
ことになる。尚、支点軸（３）と当該所要機素との接合
方法は、一方固着、他方軸着が妥当な方法であるが、要
は当該所要機素間にトルクの曲げ応力が伝わらなければ
良い訳であるから、必ずしも回動自在な軸着にする必要
はなく、該曲げ応力が伝わらないだけの遊びを持ったピ
ン接合であれば良い訳である。さて、クランクレバーの
長さは次の関係式に拠って設定される。 ２×従来技術のクランク長さ≧当該クランクレバーの長
さ＞従来技術のクランク長さ＋α αは媒介節等のデススペースである。｛ただし、人力飛
行機に応用する場合などでは、クランク地上高さを考慮
なくても良いので、クランクレハギーの長さを２倍以上
にする事が出来る。｝ 当該クランクレバーの長さはこの間のいずれに設定して
も、回転ストロークは従来技術のクランクと同じであ
る。故に一番効率の良い該クランクレバーの長さは従来
技術のクランク長さの２倍にすることである。次に、チ
ェンリング（７）のギヤの歯数に就いて説明する。一般
に従来技術のフロントのアウターギヤの歯数は５０位で
あり、リヤのフリーホイールのトップギヤは１４位であ
る。フロントとリヤのギヤ比は６以下にすべきである。
よって、当該チェンリング（７）の歯数は７０〜８０位
が妥当である。また当然の事ながら、従来自転車と全く
同じ様に、該クランクレバーを逆に回転さして空回りさ
す事も出来るので、運転の方法は従来自転車と同じであ
り、不都合な処は無い。

【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、他端にペタルシャフト
（Ｂ）と平行に軸受穴（９）を設ける。該軸受穴の外周
部に、該クランクレバーの長手方向及び該軸受穴の軸方
向と各々直角を為す様にして、原節（５）としての腕を
突設固着する。 〔ロ〕 支点軸保持アーム（１）の一端に支点軸（３）
を、ハンガーシャフトと平行に固定状態に螺着し、他端
にハンガーシャフト（Ａ）の取付け穴（１０）を設け、
該取付け穴の外周部に、該支点軸保持アームの長手方向
及び該取付け穴の軸方向と各々直角を為す様にして、従
節（２）としての腕を突設固着する。該取付け穴を該ハ
ンガーシャフトの先端に差し込み、フィキシングボルト
（１１）で固着する。｛取付け穴（１０）の接合部であ
るハンガーシャフト（Ａ）の先端部は従来の物より約
１．５倍程長くする。｝ 〔ハ〕 クランクレバー（４）の軸受穴（９）を支点軸
（３）に差し込み軸着する。支点軸（３）を折り返し点
として、支点軸保持アーム（１）とクランクレバー
（４）が真横から見たとき重なり合うように調整して、
原節（５）と従節（２）の腕の端部に、媒介節（６）と
しての剛性のバーを介する。 〔ニ〕 上記バーを該原節と該従節に介して接合すると
き、原節側と従節側を共にピン接合にすると、該バーは
「図１」の様な媒介節となり、「請求項２」の範疇の当
該クランク機構になる。該バーを、原節側か従節側のい
ずれか一方を適当な遊びを持ったピン接合にし、他方を
固着して剛接合にすると、該バーは剛接合した方の機素
に内包されて媒介節は消失し、「請求項１」の範疇の当
該クランク機構になる。｛クランクレバーが比較的短く
原節と従節が接近しているとき可能である。｝ 〔ホ〕 上記バーを、押す力のみ直線力として伝達する
様に、不即不離に突き合わした衝合に依って原節側と従
節側に介すると、「図７」の様なリンク装置の媒介節と
なり、「請求項２」の範疇の当該クランク機構になる。
｛該リンク装置の媒介節は、該バーとピン接合によって
係合された繋ぎ棒（１２）を支点軸保持アーム（１）の
側面にピン接合して形成されるものである。｝ 次に、該バーを、原節側か従節側のいずれか一方を衝合
にし、他方を固着して剛接合にすると、該バーは剛接合
した方の機素に内包されて媒介節は消失し、「請求項
１」の範疇の当該クランク機構になる。 〔ヘ〕 その他の実施例として、該原節と該従節にスプ
ロケットを用い、該媒介節としてチェンを用いた「図
８」の様な当該クランク機構。 及び、該原節と該従節
に歯車を用い、該媒介節として支点軸保持アーム（１）
の側面に奇数個の歯車を軸着して介する「図９」の様な
当該クランク機構。また、「図１０」の様に媒介節とし
てワイヤーロープを用いる事も出来る。 「図１１」は
「図１」と同じ趣旨の物である。 〔ト〕「図６」に示す様に、支点軸保持アーム（１）及
びクランクレバー（４）の支点軸を受ける部分を共に転
がり軸受（１３）にし、そして重心の偏りを発生せしめ
る鉛直指向用おもり（８）を設けた支点軸（３ａ）を軸
着して成る、上記「イ〜ヘ」の当該クランク機構。この
中に「請求項３」の範疇は含まれる。

【０００７】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明のクランク機構
は、従来技術の自転車に比べ、同じ回転ストロークであ
りながら２倍の回転トルクを発生さすことが出来る。従
って、２倍のスピードアップが可能であり、また半分に
まで省力化が出来ると云うことでもある。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、出力増幅機などとして広く適応し、エネ
ルギー使用のいろんな分野で利用可能であり、多大な省
エネルギーをもたらす画期的効果のある技術である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の斜視図

【図２】 本発明の平面図

【図３】 本発明の右クランク機構・チェンリング・チ
ェンの正面図

【図４】 Ｉ〜Ｉ’の断面図

【図５】 ＩＩ〜ＩＩ’の断面図

【図６】 転がり軸受にして、鉛直指向用おもりを設け
た支点軸周りの断面図

【図７】 本発明の斜視図

【図８】 本発明の斜視図

【図９】 本発明の斜視図

【図１０】本発明の斜視図

【図１１】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 Ｃ ・ チェン １ ・ 支点軸保持アーム ２ ・ 従節 ２ａ ・ エッジ用かに目穴付ボルト ３ ・ 支点軸 ３ａ ・ 鉛直指向用おもりを設けた支点軸 ３ｂ ・ 支点軸端部のエッジを形成するかに目穴付ボ
ルト ３ｃ ・ 支点軸端部のエッジを形成するかに目穴付ボ
ルト ３ｄ ・ 支点軸の螺着固定用の締め付けナット ４ ・ クランクレバー ５ ・ 原節 ５ａ ・ エッジ用かに目穴付ボルト ６ ・ 媒介節 ７ ・ チェンリング ８ ・ 鉛直指向用おもり ９ ・ 軸受穴 １０ ・ 支点軸保持アームにおけるハンガーシャフト
の取付け穴 １１ ・ フィキシングボルト １２ ・ リンク装置の媒介節における繋ぎ棒 １３ ・ 転がり軸受

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】〔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、各
   々直接又は連結的に固着する。 〔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）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
   合する。 （ハ〕 原節（５）と従節（２）を係合さす。 以上の如く構成して成る自転車のクランク機構。
2. 【請求項２】原節（５）と従節（２）の間に媒介節
   （６）を介して成る「請求項１」の自転車のクランク機
   構。
3. 【請求項３】両接合部を軸着にして回動自在にした支点
   軸（３）の一部に、重心の偏りを発生せしめる鉛直指向
   用おもり（８）を設けた「請求項２」の自転車のクラン
   ク機構。