JP2016506890A

JP2016506890A - 人力で動く乗り物用の推進システム

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Publication number: JP2016506890A
Application number: JP2015556096A
Authority: JP
Inventors: スプラーグ、ポール
Original assignee: スプラーグ、ポール
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2016-03-07
Also published as: US9555853B2; CA2899856A1; CN105143030A; WO2014120750A1; US20140210179A1; EP2951081A1; EP2951081A4

Abstract

【解決手段】人力で動く乗り物用の推進システム（１０）は、入力端部（２２Ａ、２２Ｂ）と出力端部（２４Ａ、２４Ｂ）とを有する外側レバー（２０Ａ、２０Ｂ）を含む。軌道周回スプロケット（３０Ａ、３０Ｂ）は、前記外側レバーの前記出力端部に連結される。また、固定スプロケット（４０Ａ）は、前記軌道周回スプロケットが前記固定スプロケットの周りを軌道周回するよう設けられる。輪状張力担持部材（５０Ａ、５０Ｂ）は、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケット双方の外周に係合する。駆動軸（７０）は前記固定スプロケットと同軸状であり、当該駆動軸は、前記固定スプロケットに対して自由に回転し、前記クランクレバーは、当該駆動軸に固定連結され、前記軌道周回スプロケットに対して回転自在に連結される。シャーシ（１１０）は、前記駆動軸により推進される。前記外側レバーの前記入力端部に力がかかると、前記軌道周回スプロケットは前記固定スプロケットの周りを軌道周回し、それにより前記クランクレバーが回転して、前記駆動軸を回転させ、前記シャーシが推進される。【選択図】図３

Description

本願は、２０１３年１月３０日付で出願された同時係属米国仮特許出願第６１／８４９，６０４号の優先権を主張し、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれるものである。

本発明は、人力で動く乗り物に関する。より具体的にいうと、本発明は、自転車と動作的に同様な乗り物、ならびにそのような乗り物を各々の搭乗者が推進する方法に関する。

本発明は、人力で動く乗り物に概して使用される推進システムに関する。通常、これらのシステムでは、搭乗者が与える回転トルク入力を、駆動車輪にかかる回転トルクに変換することにより、順方向の推進力に変換する。このようなシステムは、変更可能なギア比を有することにより利用者からの入力と駆動車輪への出力間に種々のトルク比をもたらすチェーンまたはベルト駆動を含むことが多い。

そのようなシステムは長年使用されてきているが、乗り物の搭乗者がかける入力トルクで実現可能な変形形態には、いまだ限界がある。

搭乗者のトルク入力を著しく高めるとともに、乗り物のサイズを十分小さく保ち利用者にとって快適な動きの範囲内で往復動する推進システムを、二輪車または人力で動く他の物に乗り物を設置できる態様で開発することの有益性は、これまで認められてきている。

本発明は、人力で動く乗り物用の推進システムを提供し、この推進システムは、入力端部と出力端部とを有し、人の体肢からの力の入力を前記入力端部で受けるように構成された外側レバーを有する。前記外側レバーは、前記外側レバーの前記出力端部に連結された軌道周回スプロケットを駆動する。前記軌道周回スプロケットは、固定スプロケットの周りを軌道周回し、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケットは、実質的に共通の平面内に配置され、互いに相殺される。輪状張力担持部材、すなわちチェーンまたはベルトは、前記固定スプロケットおよび前記軌道周回スプロケットを取り囲み、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケット双方の外側部分に係合する。駆動軸は、前記固定スプロケットの中央部分を貫通し、前記固定スプロケットに対して自由に回転する。クランクレバーは、前記固定スプロケットと前記軌道周回スプロケットとの間の距離にわたり、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケットとの間の相対距離を維持し、前記駆動軸に固定連結され、且つ前記軌道周回スプロケットに対して回転自在に接続される。シャーシは、前記駆動軸により推進され、前記外側レバーの前記入力端部に力がかかると、前記軌道周回スプロケットは前記固定スプロケットの周りを軌道周回し、それにより前記クランクレバーが回転して、前記駆動軸を回転させ、当該シャーシが推進される。

本発明の別の観点によれば、本発明は、人力で動く乗り物用にてこの作用を利用した推進システムを提供し、この推進システムは、入力端部と出力端部とを有し、人の体肢からの力の入力を前記入力端部で受けるように構成された外側レバーを有する。前記外側レバーへの力の入力により、その外側レバーの前記出力端部に連結された軌道周回スプロケットが駆動される。前記軌道周回スプロケットは駆動されて、固定スプロケットの周りを軌道周回する。前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケットは、それぞれ実質的に共通の平面内に配置され、互いに相殺される。第１の輪状張力担持部材は、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケット双方の外周に係合する。駆動軸は、前記固定スプロケットの中央部分を貫通し、前記固定スプロケットに対して自由に回転する。クランクレバーは、前記固定スプロケットと前記軌道周回スプロケットとの間の距離にわたり、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケットのとの間の相対距離を維持し、前記駆動軸に固定連結され、且つ前記軌道周回スプロケットに対して回転自在に連結される。

また、前記駆動軸上には駆動スプロケットが提供され、駆動ハブを有する駆動車輪が提供され、前記駆動ハブはフリーホイール駆動装置を有する。前記フリーホイール駆動装置および前記駆動スプロケットは、第２の輪状張力担持部材により連結され、それにより前記駆動軸の回転が前記駆動車輪に伝達される。前記駆動車輪はシャーシを駆動するよう構成され、前記外側レバーの前記入力端部に力がかかると、前記軌道周回スプロケットは前記固定スプロケットの周りを軌道周回し、それにより前記クランクレバーが回転して、前記クランクレバーが前記駆動軸を回転させ、さらにそれにより前記駆動車輪が回転して当該乗り物が推進される。

本発明の別の観点によれば、本発明は、人力で動く乗り物を推進する方法を提供し、この方法は、入力端部と出力端部とを有する外側レバーを提供する工程を含み、前記外側レバーは、人の体肢からの力の入力を前記入力端部で受けるよう構成される。軌道周回スプロケットは、前記外側レバーの前記出力端部に固定されて設けられ、前記外側レバーの前記出力端部は、前記軌道周回スプロケットに強固に固定される。また、固定スプロケットが提供され、当該固定スプロケットの周りを前記軌道周回スプロケットが軌道周回し、前記軌道周回スプロケットおよび当該固定スプロケットは、実質的に共通の平面内に配置され、共通の半径を有し、互いに相殺される。第１の輪状張力担持部材は、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケットを取り囲み、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケット双方の外側部分に係合する。また、前記固定スプロケットと前記軌道周回スプロケットとの間の距離にわたるクランクレバーが提供され、このクランクレバーは、前記軌道周回スプロケットと前記固定スプロケットとの間の相対距離を維持するよう構成される。当該システムに推進力をもたらすため、前記軌道周回スプロケットが前記固定スプロケットの周りを軌道周回するよう前記外側レバーの前記入力端部に力がかかると、前記軌道周回スプロケットの軌道周回運動が前記クランクレバーを駆動して当該クランクレバーを駆動軸の周りで回転させるため、前記駆動軸が前記人力で動く乗り物を推進する。

本発明の付加的な特徴および利点は、本発明の特徴を例示する以降の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することにより明確に理解されるであろう。
図１は、本発明の一実施形態に係る推進システムの側面図であり、当該システムを運転する搭乗者の身体部分を示している。図２は、搭乗者を除いた図１の推進システムの上面図である。図３は、図１の推進システムの側面図であり、前記軌道周回スプロケットが９０度軌道周回した後の状態を示している。図４は、自転車の駆動系に実装した図１の推進システムを示した上面図である。図５は、図１の推進システムをさらに詳しく示した一部上面図である。図６は、３本レバー推進システムを実装した、人力で動く乗り物を推進する方法を例示したフローチャートである。

以下、前記図示された例示的な実施形態を参照し、本明細書における具体的な表現を使ってこれらの実施形態を説明する。ただし、これらは本発明の範囲を限定するよう意図したものではないことが理解されるであろう。

人力で動く乗り物の世界で直面する多くの問題の１つは、内燃機関または電動機と異なり、人体は、高速の往復動力ではなく低速で反復・持続される大きな力またはトルクを生じさせるのに適している点にある。今日存在するシステムの多くは、過度に頑健になることなく若しくは他の著しい障害を伴わなずに、この大きな力を活用することができずにいる。例えば、一般的な自転車の駆動システムは、人がペダルにかけられる高トルク負荷下で破損することが多いチェーンを利用している。これらのチェーンは、多くの場合、細長く、ペダルにかかるトルク量を著しく制限してしまう。

他の欠点としては、従来のペダルクランクアームの長さが非常に限られていることがあげられる。このペダルクランクアーム長が限られているのは、クランクアームが真円を描いて動くことから、ペダルを駆動する人の足も、その円の外周上を移動する必要があるためである。搭乗者の身長により若干変動はあるものの、人の脚は一定の距離しか移動できないため、この運動の必要性によりペダルの長さは制限される。一般的な自転車のクランク長は、脚の長さの個人差に対応して、１６０ｍｍ〜１８０ｍｍと異なる。また、クランク長は、地面からクランク中央までの距離によっても制限される。ペダルクランクアームが長すぎると、踏み込んだペダルが最下点に達するときに、ペダルが地面と接触し、または自転車に乗っている場所の地形面と接触してしまう。

これらの制限に対処している現行の技術を諸図面に例示した。図１〜２で最もよくわかるように、軌道周回駆動システム１０は、自転車搭乗者の脚１２がもたらす往復動力を、人力で動く乗り物を推進する推進力に変換する、てこの作用を利用した駆動システムを提供する。当該人力で動く乗り物のフレームまたはシャーシは１１０で示されている。本システムのてこの作用は、先行技術の自転車ペダリングシステムと比べて大幅に高めることができる。このてこ作用の増加は、軌道周回駆動システムと連動する比較的長い一対の外側レバー２０Ａおよび２０Ｂを設けることにより達成される。前記軌道周回駆動システムにより、前記外側レバー２０Ａおよび２０Ｂを、一般的な自転車クランク長より数倍長くすることができる。これにより、当該システムは、円形運動ではなく軌道周回態様で運動しながら、著しく長い入力レバーアームを提供できる。

当該軌道周回駆動システム１０にかかるトルクは、外側レバー２０Ａおよび２０Ｂの各入力端部２２Ａおよび２２Ｂに、上向きまたは下向きの力がかかってもたらされる。これらの外側レバー２０Ａおよび２０Ｂは、当該外側レバー２０Ａおよび２０Ｂの入力端部２２Ａおよび２２Ｂ上の搭乗者の足により（下向きの力がかかって）直接駆動できる。あるいは、中間ペダル１４Ａおよび１４Ｂで前記外側レバー２０Ａおよび２０Ｂを駆動することもできる。これらのペダルは、底部ブラケット１８Ａの周囲で回転可能なペダルクランク１６に取り付けることができる。これが回転軸受として作用し、下向きの力がペダルにかかって、各々の外側レバーアームの入力端部には上向きの力が生じるようにできる。

ここで当該軌道周回駆動システムの右側について説明するが、この右側について説明するそれぞれの特徴および機能が、当該軌道周回駆動システムの左側にも同様に適用されることを理解すべきである。

上述のように、前記外側レバー２０Ａは、力の入力を受け取る入力端部２２Ａを有する。当該外側レバー２０Ａは、出力端部２４Ａも有する。この出力端部２４Ａは、軌道周回スプロケット３０Ａに連結される。輪状張力担持部材（ｃｌｏｓｅｄｔｅｎｓｉｏｎ−ｂｅａｒｉｎｇｍｅｍｂｅｒ）５０Ａ、すなわちベルトまたはチェーンは、前記軌道周回スプロケット３０Ａの外側部分に係合し、この軌道周回スプロケット３０Ａだけでなく固定スプロケット４０Ａにも外接する。前記固定スプロケット４０Ａおよび前記軌道周回スプロケット３０Ａは、それぞれ同様な半径を有し、すなわち、チェーンを伴う歯車付きスプロケットの場合には同じ数の歯を有し、ベルト駆動機構を使用する場合には共通の半径を有する。

前記固定スプロケット４０Ａと前記軌道周回スプロケット３０Ａ間の距離は、一対のネジ式ロッドとして設けられる調整可能なクランクシャフト６０Ａにより保たれる。本発明の目的上、有利なものとして一対のネジ式ロッドを示しているが、当業者であれば、いかなる数のネジ式ロッドでも、この相対距離に十分な調整性が得られることが理解されることを理解すべきである。これらのネジ式ロッドは、後述するように、前記軌道周回スプロケットの軌道周回運動を、駆動軸の回転運動に変換するクランクシャフトとして機能する。

前記軌道周回スプロケットの軌道周回運動は、回転方向に固定された連結部を、前記外側レバー２０Ａの前記出力端部２４Ａと、前記軌道周回スプロケット３０Ａとの間に有することにより達成される。回転方向に固定された連結部をこれら２つの構成要素間に有することで、前記外側レバー２０Ａにかかるモーメント、すなわちトルクにより、前記軌道周回スプロケット３０Ａに対するモーメントが生じる。通常、このようなモーメントは前記軌道周回スプロケット３０Ａを回転させる。しかしながら、前記輪状張力担持部材５０Ａ（本明細書において以下、チェーンという）は、前記軌道周回スプロケット３０Ａおよび前記固定スプロケット４０Ａの双方を取り囲んで前記軌道周回スプロケット３０Ａの回転を防ぎ、代わりに当該チェーン５０Ａ自体に張力がかかるように作用する。前記右側では、下向きの力により前記軌道周回スプロケット３０Ａと前記固定スプロケット４０Ｂとの間の前記チェーン前部側に張力がかかり、この張力によって前記軌道周回スプロケット３０Ａが引張られ、前記固定スプロケット４０Ａの周りを反時計方向４１に軌道周回する（図１に見られるように）。同様に左側では、下向きの力が前記外側レバー２０Ｂにかかって前記軌道周回スプロケット３０Ｂと前記固定スプロケット４０Ｂとの間のチェーン５０Ｂ後部側に張力がかかり、これにより前記軌道周回スプロケット３０Ｂが前記固定スプロケットの周りを反時計方向に軌道周回する（図１では隠れているが、図２では見える）。

前記固定スプロケット周囲での前記軌道周回スプロケットのこの軌道周回運動は、駆動軸７０の回転へと変換される。前記軌道周回スプロケット３０Ａおよび３０Ｂの各々は、調整可能なクランクシャフト６０Ａおよび６０Ｂをそれぞれ有する。上記の説明同様、ここで当該軌道周回駆動システム１０の右側について説明するが、この右側について説明するいずれの特徴および機能も、同左側に同様に適用されることを理解すべきである。前記クランクシャフト６０Ａは、回転自在な連結部を介して前記軌道周回スプロケットに連結される。これは、前記軌道周回スプロケット３０Ａが前記固定スプロケット４０Ａの周りを軌道周回する際、前記クランクシャフト６０Ａが前記軌道周回スプロケット３０Ａに対して回転可能であることを意味する。前記軌道周回スプロケット３０Ａに対する連結部と対向する側の前記クランクシャフト６０Ａの端部には、回転方向に固定された、前記駆動軸７０に対する連結部が設けられる。これにより、前記クランクシャフト６０Ａは、前記軌道周回スプロケット３０Ａの軌道周回運動に従って円形パターンで運動し、回転の円（例えば、図１および３における４５）の半径を画成する。前記クランクシャフト６０Ａと前記駆動軸７０との間にある、回転方向に固定された連結部により、前記軌道周回スプロケット３０Ａが軌道周回して前記駆動軸７０を回転駆動することが可能となる。前記駆動軸には、当該システムに推進力をもたらすための駆動スプロケット８０も設けられる。

また、図示した本発明の例示的な一実施形態では、前記駆動軸７０が前記固定スプロケット４０Ａの中央部分を貫通し、前記固定スプロケットに対し自由に回転可能であることを理解すべきである。ただし、当業者であれば、前記クランクシャフト６０Ａを前記固定スプロケットに関して前記駆動軸の中央または内側の部分に設けてもよいことが容易に理解できるであろう。この場合、前記駆動軸７０が前記固定スプロケット４０Ａの中央部分を貫通する必要性はなくなる。

さらに図１〜２を参照すると、直接的な下向きの力を前記外側レバー２０Ａおよび２０Ｂにかけた場合、軌道周回スプロケット３０Ａおよび３０Ｂが反時計回りの態様４１で動くことに注意すべきである（図１で側部から見た場合）。この反時計回りの軌道周回は、実際には、従来の自転車構成で使用された場合、一般に種々のスプロケットが逆方向に回転していると見なされる結果になる。この回転は、ベルト、チェーン、スプロケット、トランスミッション、または他の任意数の伝達方法を含む多くの機械的方法を使って、順方向の駆動手段に変換できることを理解すべきである。

本例示の目的上、ペダルクランク１６Ａおよび１６Ｂのセットは、それぞれ外側レバー２０Ａおよび２０Ｂに連結されている。底部ブラケット、すなわち軸受１８Ａおよび１８Ｂにそれぞれ連結されたペダルクランク１６Ａおよび１６Ｂを使って、上向きの力が前記外側レバー２０Ａおよび２０Ｂにかけられと、結果的に前記軌道周回スプロケット３０Ａおよび３０Ｂが、各々の固定スプロケット４０Ａおよび４０Ｂの周りで時計回りの軌道周回運動４３を行う（図１の側面図で例示したように）。下向きの力が、例えば駆動スプロケット８０により前記ペダルにかかると、前記時計回りの回転４３の結果、前記駆動軸は時計回りに回転し、これがより容易に当該乗り物の順方向すなわち右向きの運動へと変換される。

また、この上向きの駆動力が前記外側レバーにかかるようにする前記ペダル１６Ａ、１６Ｂの構成は数多く実現できることを理解すべきである。図３は、そのような代替構成の１つを示しており、図中、前記ペダルクランクは、前記外側レバー２０Ａおよび２０Ｂを駆動する上で、図１〜２のように前記外側レバーから１８０度ではなく、９０度の向きになっている。

また図３では、反時計方向４１に９０度あるいは時計方向４３に１７０度回転した、すなわち回転方向に応じて４分の１あるいは４分の３回転した軌道周回スプロケット３０Ａおよび３０Ｂを例示しており、これは前記固定スプロケット４０Ａおよび４０Ｂの周りの軌道周回による（左側の固定スプロケット４０Ｂは隠されて見えない）。軌道周回の方向は、直接的な下向きの力が前記外側レバーアームにかかっているかどうか、またはペダルクランクシステム１６Ａおよび１６Ｂを利用して前記外側レバーアームに上向きの力をかけているかどうか、または前記ペダルが時計方向に回転しているか反時計方向に回転しているかに依存する。図３では示したようにペダルクランクシステム１６Ａおよび１６Ｂが利用されているため、このペダルクランクシステムの一般的な時計回り回転が、時計回りの軌道周回方向４３をもたらす。

図４では、いかに前記軌道周回駆動システム１０を利用すると、自転車の車輪１２０または他の車輪駆動システムで当該システムに推進力が得られるかを示している。当該軌道周回駆動システムは、前記外側レバー２０Ａおよび２０Ｂからトルク入力を受け取る。このトルクにより、軌道周回スプロケット３０Ａおよび３０Ｂは、それぞれ固定スプロケット４０Ａおよび４０Ｂの周りで軌道周回する。この軌道周回運動は、調整可能なクランクシャフト６０Ａおよび６０Ｂを駆動して、駆動軸７０を回転させる。駆動軸７０には駆動スプロケット８０が固定されており、この駆動スプロケット８０は、二次駆動軸８６上の二次駆動スプロケット８４を駆動する付加的な輪状張力担持部材、すなわちベルトまたはチェーンを有する。また、前記二次駆動軸８６は、前部自転車スプロケット１３０を駆動する。前記前部自転車スプロケット１３０は、ベルト駆動スプロケットであってもチェーン駆動スプロケットであってもよい。この前部自転車スプロケットは、自転車駆動張力担持部材１３２を介し、本明細書で自転車スプロケットとして示されている駆動ハブ１２２に連結される。前記駆動張力担持部材１３２は、自転車チェーンであっても、または他の何らかの自転車タイプ・ベルト駆動部であってもよいことを理解すべきである。

この駆動張力担持部材１３２は、自転車駆動車輪１２０の中央ハブに固定された自転車スプロケット１２２を駆動できる。前記自転車スプロケット１２２は、一般的な自転車変速機を利用してギアをシフトするマルチギア・スプロケット、すなわち自転車カセットであってよい。また、この自転車スプロケットはベルト駆動のスプロケットであってもよく、その場合、当該自転車のハブは、当業者であれば理解されるように、Ｓｃｈｗｉｎｎ（登録商標）内部駆動ハブシステム、またはＲｏｈｌｏｆｆ（登録商標）内部タイプ・ハブシステムで一般に見られるような、内部でシフトされるハブである。また、前記自転車スプロケット１２２は、単一ギアのハブであってもよい。ただし一般に、ハブは、当該乗り物がシステム全体を駆動せず惰行できるようにする何らかの「フリーホイール」タイプのシステムを利用すると有利である。

「フリーホイール」を設けない場合、搭乗者が高速で当該乗り物に乗っている際、例えば急勾配の下り坂を惰走している際、何らかの時点で搭乗者に危険な状態がシステム内に生じるおそれがある。そのような状態において、フリーホイールのないシステムでは、ペダル、軌道周回スプロケット、外側レバーなどが速く動きすぎて搭乗者を負傷させるおそれがある。

図５は、例示的な実施形態に係る前記軌道周回駆動システム１０の部分拡大図を示したものである。この図は、当該軌道周回駆動システム１０の各種構成要素間の各種連結部をよりよく例示している。前記外側レバー２０Ａおよび２０Ｂから始めると、これら外側レバー２０Ａおよび２０Ｂは、それぞれの軌道周回軸３２Ａおよび３２Ｂに連結されている。それぞれの前記外側レバーと前記軌道周回軸間の連結部は、回転方向に固定された連結部である。前記軌道周回軸３２Ａおよび３２Ｂは、前記外側レバーからのトルクが前記軌道周回スプロケットに伝達されるよう、それぞれ軌道周回スプロケット３０Ａおよび３０Ｂに強固に連結される。前記軌道周回軸３２Ａおよび３２Ｂは、それぞれ回転連結部により調整可能なクランクシャフト６０Ａおよび６０Ｂに連結される。この回転連結部は、それぞれ軸受６２Ａおよび６２Ｂによりもたらされる。この回転連結部により、前記軌道周回軸３２Ａおよび３２Ｂは、前記軌道周回スプロケット３０Ａおよび３０Ｂが各々の固定スプロケット４０Ａおよび４０Ｂの周りを軌道周回し、前記クランクシャフトが前記固定スプロケット４０Ａおよび４０Ｂの中心周囲を円形パターンで運動するよう、各々のクランクシャフト６０Ａおよび６０Ｂに対して回転できる。これにより、前記軌道周回スプロケット３０Ａおよび３０Ｂは、各々の円軌道経路の外周に沿って軌道周回する。その軌道周回経路は、図１および３において点線で示している。

前記クランクシャフト６０Ａおよび６０Ｂと前記駆動軸７０間の連結部は、回転方向に固定された接続部であり、各々の駆動軸７０端部上にあるクランプ６４Ａおよび６４Ｂによりもたらされる。この連結部は回転方向に固定されているため、前記軌道周回スプロケット３０Ａおよび３０Ｂが、それぞれ前記固定スプロケット４０Ａおよび４０Ｂの周りを軌道周回すると、前記クランクシャフト６０Ａおよび６０Ｂの円形経路は前記駆動軸７０を回転式に駆動することができる。

また、駆動軸７０は、前記固定スプロケット４０Ａおよび４０Ｂの中央部分を貫通できる。前記固定スプロケット４０Ａおよび４０Ｂは、前記外側レバー２０Ａおよび２０Ｂへのトルクによる張力を維持しながら前記張力担持部材５０Ａおよび５０Ｂを配置できるよう、一般に固定された状態を保ち、回転しない。前記固定スプロケットが回転可能であると前記張力担持部材に張力は生まれず、前記外側レバーへのトルクにより生じる軌道周回運動ももたらされない。そのため、本構成で前記駆動軸７０を回転させるには、当該駆動軸７０が、これら固定スプロケット４０Ａおよび４０Ｂの中央を貫通し、これら固定スプロケットに対して自由に回転するようにしなければならない。これは、一実施形態において、前記固定スプロケットと、前記駆動軸７０を支持する各駆動軸の軸受７２Ａおよび７２Ｂとの中央に透設された穴を有することにより達成される。また、この構成により、動径方向の力が前記駆動軸７０から前記フレーム１１０へと伝達される。前記駆動スプロケット８０は、前記駆動軸８０の長手方向に沿ってどこでも設置できるが、種々の構造的理由から、前記駆動軸の軸受７２Ａおよび７２Ｂのそれぞれ右側と左側間の点に前記駆動スプロケット７０を配置すると有益であろう。この駆動スプロケット７０は、前記クランクレバー６０Ａおよび６０Ｂから前記駆動軸７０にかかるトルクが前記駆動スプロケットに伝達されたのち、何らかの推進手段に伝達されるよう、前記駆動軸に対して回転方向に固定すべきである。

上述のように、前記クランクシャフトは内側へ移動させることもでき、これにより前記固定スプロケットの中央側に連結させて、前記固定スプロケットの中央部分を貫通させる必要性を排除できる。

また、前記固定スプロケットおよび前記軌道周回スプロケットは、人が当該システムを推進する際の典型的な動力行程と一致するよう、楕円形状を含め、様々な形状で設けてよいことを理解すべきである。そのような楕円形状を利用する場合は、前記軌道周回スプロケットと前記固定スプロケット間に同様な数の歯を存在させて前記軌道周回スプロケットが自転しないようにすべきであることを理解すべきである。同じ数の歯（またはベルトの場合は同様な外周）を有することにより、前記軌道周回スプロケットは自転せず、その代わり、純粋に軌道を周回する。これにより、前記外側レバーは、地面に対して一定の配向を保つことができる（すなわち、本実施形態で示すように、軌道上の位置に関係なく地面と平行になる）。これにより、前記外側レバーは、ほぼ無制限に延長させることができ、その端部は前記軌道周回スプロケットの動きを模倣するため、その回転を搭乗者が自分の体肢で模倣できなくなる程度まで変位させずに当該レバーを延長してトルクを高めることが可能である。

また、上述のように、前記クランクシャフト６０Ａおよび６０Ｂは、長さを調整できることが好ましい。この調整性により、前記右側および左側の軌道周回スプロケットの双方が各々の固定スプロケットから等しい距離になるよう当該システムを調整する能力を含め、多くの利点が得られる。これにより、それらが軌道周回する際、その回転モーメントが互いに相殺されるため、当該システムはバランスの取れた状態で保たれ、高速で軌道周回しても振動または「ぐらつき」を生じない。調整可能なクランクシャフトを有することにより実現されるもう１つの利点は、各前記張力担持部材にかかる張力を適切に維持できることである。通常であれば、各ループが過度に緩むと前記張力担持部材が前記スプロケットから外れて、駆動システムが機能しなくなってしまう。

図６は本発明の別の態様を示したもので、これには上述した３本レバー駆動システムを使って人力で動く乗り物を推進する方法が含まれ、この方法を図７のフローチャートに示している。前記軌道周回軸駆動システムを使って人力で動く乗り物を推進するこの方法は、以下を含む種々の工程（ｓｔｅｐｓ）または増分工程（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔｓ）を含む。

この方法は、ボックス２１０において、入力端部および出力端部を有する外側レバーを提供する工程を含み、前記外側レバーは、人の体肢からの力の入力を前記入力端部で受けるよう構成される。２１２は、前記外側レバーの前記出力端部に固定された軌道周回スプロケットを提供する工程を例示しており、前記外側レバーの前記出力端部は、前記軌道周回スプロケットに強固に固定される。２１４は固定スプロケットを提供する工程を例示しており、前記軌道周回スプロケットは、当該固定スプロケットの周りを軌道周回し、前記軌道周回スプロケットおよび当該固定スプロケットは、実質的に共通の平面内に配置され、共通の半径を有し、且つ互いに相殺される。２１６は、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケット双方の外周に係合するように、第１の輪状張力担持部材を取り付ける工程を例示している。２１８は、前記固定スプロケットと前記軌道周回スプロケットとの間の距離にわたるクランクレバーを提供する工程を例示しており、当該クランクレバーは、前記軌道周回スプロケットと前記固定スプロケットとの間の相対距離を維持するように構成される。２２０は、前記外側レバーの前記入力端部に力を加えて前記軌道周回スプロケットを前記固定スプロケットの周りで軌道周回させる工程を示しており、前記軌道周回スプロケットの軌道周回運動により前記クランクレバーが駆動され、前記クランクレバーが駆動軸中心として回転し、それにより、前記駆動軸が前記人力で動く乗り物を推進する。

他の種々の工程または増分工程も本発明の範囲内に含まれ、該当し、ボックス２２２、２２４、２２６、２２８、および２３０に含まれる。これら付加的な工程または増分工程は、駆動軸を前記固定スプロケットの中央部分に貫通させ、回転自在な態様で連結する工程と、前記駆動軸に駆動スプロケットを設置する工程と、駆動ハブを有する駆動車輪を設ける工程と、前記駆動ハブにフリーホイール駆動機構を設ける工程と、前記フリーホイール駆動機構を前記駆動スプロケットに連結する第２の輪状張力担持部材を設ける工程と、前記人力で動く乗り物のフレームの周囲で前記駆動軸および駆動車輪を支持する工程とを含むことができる。これら付加的な工程または増分工程は、それぞれ任意の順序で、また任意の組み合わせで提供できる。当業者であれば、回転する駆動軸の運動を順方向の推進運動に変換できることは容易に理解されるであろう。

また、上述のように、前記駆動車輪にはフリーホイールを設けられるが、フリーホイールは、利用者が入力源を付与する点と、当該乗り物と周囲環境間でシステムが推進力を付与する点との間の任意の接合部に設けることができる。その例示的フリーホイールは、駆動車輪のハブでマルチギア・カセットを支持するフリーホイール駆動機構として提供される。また、そのようなフリーホイールは、上述のように一般的な内部ギアハブとして提供される。

また、１つのスプロケットから、チェーン、ベルト、駆動軸、中間スプロケットなどを含む別のスプロケットへと、回転の慣性または力を伝達する種々の方法も考えられる。当業者であれば理解されるように、図示したチェーンのいずれも、ベルトまたは他の任意の適切な代替物で同様に提供できる。

以上の例は１若しくはそれ以上の特定の用途で本発明の原理を例示するものであり、当業者であれば、発明能力を行使することなく、本発明の原理および概念を逸脱しない範囲で、実施態様の形態、用途、および細部に多数の変更形態が可能であることが明確に理解されるであろう。そのため、本発明は、以下に記載する請求項以外に限定されるものではない。

Claims

人力で動く乗り物用の推進システムであって、
入力端部と出力端部とを有し、人の体肢からの力の入力を前記入力端部で受けるように構成された外側レバーと、
前記外側レバーの前記出力端部に連結された軌道周回スプロケットと、
固定スプロケットであって、前記軌道周回スプロケットは、当該固定スプロケットの周りを軌道周回し、前記軌道周回スプロケットおよび当該固定スプロケットは、実質的に共通の平面内に配置され、互いに相殺されるものである、前記固定スプロケットと、
前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケット双方の外周に係合する輪状張力担持部材（ｃｌｏｓｅｄｔｅｎｓｉｏｎ−ｂｅａｒｉｎｇｍｅｍｂｅｒ）と、
前記固定スプロケットと前記軌道周回スプロケットとの間の距離にわたるクランクレバーであって、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケットとの間の相対距離を維持するものである、前記クランクレバーと、
前記固定スプロケットと同軸状の駆動軸であって、当該駆動軸は前記固定スプロケットに対して自由に回転し、前記クランクレバーは当該駆動軸に対して固定連結され、且つ前記軌道周回スプロケットに対して回転自在に連結されるものである、前記駆動軸と、
前記駆動軸により推進されるシャーシと
を有し、
前記外側レバーの前記入力端部に力がかかると、前記軌道周回スプロケットは前記固定スプロケットの周りを軌道周回し、それより前記クランクレバーが回転して、前記駆動軸を回転させ、前記シャーシが推進されるものである
推進システム。
請求項１記載の推進システムにおいて、前記外側レバーの前記出力端部は、前記軌道周回スプロケットに強固に固定されるものである推進システム。
請求項１記載の推進システムにおいて、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケットは、共通の半径を有するものである推進システム。
請求項１記載の推進システムにおいて、前記輪状張力担持部材は、連結されたチェーンシステムを有するものである推進システム。
請求項１記載の推進システムにおいて、前記輪状張力担持部材は、ベルト駆動システムを有するものである推進システム。
請求項１記載の推進システムにおいて、軌道周回軸は、前記軌道周回スプロケットの中央部分を貫通し、前記軌道周回スプロケットおよび前記軌道周回軸は、一体的に固定連結され、前記外側レバーの前記出力端部は、前記軌道周回軸を介して前記軌道周回スプロケットに連結されるものである推進システム。
人力で動く乗り物用の、てこの作用を利用した推進システムであって、
入力端部と出力端部とを有し、人の体肢からの力の入力を前記入力端部で受けるように構成された外側レバーと、
前記外側レバーの前記出力端部に連結された軌道周回スプロケットと、
固定スプロケットであって、前記軌道周回スプロケットは、当該固定スプロケットの周りを軌道周回し、前記軌道周回スプロケットおよび当該固定スプロケットは、実質的に共通の平面内に配置され、互いに相殺されるものである、前記固定スプロケットと、
前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケット双方の外周に係合する第１の輪状張力担持部材と、
前記固定スプロケットと前記軌道周回スプロケットとの間の距離にわたるクランクレバーであって、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケットとの間の相対距離を維持するものである、前記クランクレバーと、
前記固定スプロケットと同軸状の駆動軸であって、当該駆動軸は前記固定スプロケットに対して自由に回転し、前記クランクレバーは当該駆動軸に固定連結され、且つ前記軌道周回スプロケットに対して回転自在に連結されるものである、前記駆動軸と、
前記駆動軸上に配置される駆動スプロケットと、
駆動ハブを有する駆動車輪と、
前記駆動ハブ上に配置されるフリーホイール駆動装置と、
前記駆動スプロケットと、前記駆動ハブ上の前記フリーホイール駆動装置とを連結する第２の輪状張力担持部材と、
前記駆動車輪により駆動されるシャーシと
を有し、
前記外側レバーの前記入力端部に力がかかると、前記軌道周回スプロケットは前記固定スプロケットの周りを軌道周回し、それにより前記クランクレバーが回転して、前記駆動軸を回転させ、さらにそれにより前記駆動車輪が回転して前記人力で動く乗り物が推進されるものである
推進システム。
請求項７記載の推進システムにおいて、前記外側レバーの前記出力端部は、前記軌道周回スプロケットに強固に固定されるものである推進システム。
請求項７記載の推進システムにおいて、前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケットは、共通の半径を有するものである推進システム。
請求項７記載の推進システムにおいて、前記輪状張力担持部材は、連結されたチェーンシステムを有するものである推進システム。
請求項７記載の推進システムにおいて、前記輪状張力担持部材は、ベルト駆動システムを有するものである推進システム。
請求項７記載の推進システムにおいて、軌道周回軸は、前記軌道周回スプロケットの中央部分を貫通し、前記軌道周回スプロケットおよび前記軌道周回軸は、一体的に固定連結され、前記外側レバーの前記出力端部は、前記軌道周回軸を介して前記軌道周回スプロケットに連結されるものである推進システム。
請求項７記載の推進システムにおいて、前記駆動車輪は、自転車の車輪である推進システム。
請求項７記載の推進システムにおいて、前記駆動ハブの前記フリーホイール駆動装置は、標準的なギア変更式（ｉｎｄｅｘｅｄ）自転車カセットである推進システム。
請求項７記載の推進システムにおいて、前記駆動ハブの前記フリーホイール駆動装置は、内部ギアハブである推進システム。
人力で動く乗り物を推進する方法であって、
入力端部と出力端部とを有し、人の体肢からの力の入力を前記入力端部で受けるように構成される外側レバーを提供する工程と、
前記外側レバーの前記出力端部に固定された軌道周回スプロケットを提供する工程であって、前記外側レバーの前記出力端部は、前記軌道周回スプロケットに強固に固定されているものである、前記軌道周回スプロケットを提供する工程と、
固定スプロケットを提供する工程であって、前記軌道周回スプロケットは、当該固定スプロケットの周りを軌道周回し、前記軌道周回スプロケットおよび当該固定スプロケットは、実質的に共通の平面内に配置され、共通の半径を有し、且つ互いに相殺されるものである、前記固定スプロケットを提供する工程と、
前記軌道周回スプロケットおよび前記固定スプロケット双方の外周に係合するように第１の輪状張力担持部材を取り付ける工程と、
前記固定スプロケットと前記軌道周回スプロケットとの間の距離にわたるクランクレバーを提供する工程であって、当該クランクレバーは、前記軌道周回スプロケットと前記固定スプロケットとの間の相対距離を維持するように構成されるものである、前記クランクレバーを提供する工程と、
前記外側レバーの前記入力端部に力を加えて前記軌道周回スプロケットを前記固定スプロケットの周りで軌道周回させる工程と
を有し、
前記軌道周回スプロケットの前記軌道周回運動により前記クランクレバーが駆動され、当該クランクレバーが駆動軸を中心として回転することにより、前記人力で動く乗り物が推進されるものである
方法。
請求項１６記載の方法において、さらに、
駆動軸を前記固定スプロケットの中央部分に貫通させ、回転自在に連結する工程を有するものである方法。
請求項１６記載の人力で動く乗り物を推進する方法において、さらに、
前記駆動軸に駆動スプロケットを設置する工程と、
駆動ハブを有する駆動車輪を提供する工程と、
前記駆動ハブにフリーホイール駆動機構を提供する工程と、
前記フリーホイール駆動機構を前記駆動スプロケットに連結する第２の輪状張力担持部材を提供する工程と、
前記人力で動く乗り物のフレームの周囲で前記駆動軸および駆動車輪を支持する工程と
を有するものである、人力で動く乗り物を推進する方法。
請求項１８記載の方法において、前記フリーホイール駆動機構は、フリーホイール上のマルチギア・カセットである方法。
請求項１８記載の方法において、前記フリーホイール駆動機構は、内部ギアハブである方法。