JPH09323691A - 人力駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決すべき課題】手足による入力部の動きが小範囲に
収まり、加えた力が、十分大きな駆動力となって出力す
る人力駆動装置を開示する。 【課題の解決手段】太陽ギア２と、駆動軸１と、遊星ギ
ア４を持つ回転アーム３と、遊星ギア４と一体回転する
遊星軸５と同心で、回転アームの他端に固着する惑星ス
プロケット７と、惑星スプロケット７を貫通する遊星軸
に一端が枢支され、他端にチェーン１０を介して惑星ス
プロケット７に係合する衛星スプロケット９を持つ連結
板８と、遊星軸５と一体回転する従動歯車１３と、これ
に噛み合う駆動歯車１２と、リンク部材１６を介して遊
星軸に連結すると共に駆動歯車１１の偏心軸１４に回動
自在に連結する駆動アーム１５とを備えている人力駆動
装置で、駆動アームを回すと回転アームが同一方向に、
連結板が逆方向に回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自転車や車椅子な
どのように、人力を動力源とする装置を駆動するのに適
した人力駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】例えば、自転車の駆動機構の場合は、一端
にペダルを持つアームの他端に、駆動軸を一体回転可能
に取り付け、ペダルを踏むことにより、駆動軸に同心状
に設けたスプロケットを回転駆動し、チェーンを介し
て、後輪を駆動するように構成されている。

【０００３】このような機構においては、ペダルに加え
られた力は、ペダルアームの長さとスプロケットの半径
との比により倍力されるのみで、ペダルアームの長さを
長くするにも、限度があり、必ずしも、満足すべきもの
でない。更に、人間の足の骨格の特徴から、ペダルを踏
みつけたときに、最も強く踏み付け力を及ぼすことがで
きるのは、足が真っすぐに伸びきる少し前の、直線に近
い状態で下方に押す場合であるのに対して、ペダルは常
に円周を描いて移動するので、力が入りにくい欠点があ
る。

【０００４】同様に、手によって駆動力を加える場合
も、直線状に押したり引いたりする場合に最も大きな力
を加えることができ、疲れも少ない。しかしながら、車
椅子などにおいても、車輪の方向に沿って力を加える方
式であり、腕力が有効に使われているとは言い難いのが
現状である。

【０００５】

【解決すべき課題】本発明の第１の目的は、手足による
入力部の動きが小範囲に収まり、しかも、加えた力が、
十分大きな駆動力となって出力する人力駆動装置を開示
することにある。

【０００６】本発明の第２の目的は、手足による入力部
の軌跡が、略半月形若しくは略偏平楕円形をなし、人体
の骨格上、手足による力が加えやすい人力駆動装置を開
示することにある。

【０００７】本発明の第３の目的は、体格の小さな人や
体が不自由な人でも、駆動操作が容易で、長時間走行し
ても疲労が少ない人力走行車用駆動装置を開示すること
にある。

【０００８】

【課題の解決手段】本発明の第一の要旨は、円周状をな
す動力伝達部を備えた太陽伝動部材（２）と、該太陽伝
動部材（２）を回転自在で且つ同心状に貫通する駆動軸
（１）と、該駆動軸（１）に一端が固着し、他端に前記
太陽伝動部材（２）に係合する遊星伝動部材（４）を回
転自在に支持する回転アーム（３）と、前記遊星伝動部
材（４）と一体回転する遊星軸（５）と同心状に前記回
転アーム（３）に固設され円周状動力伝達部を持つ惑星
伝動部材（７）と、該惑星伝動部材（７）を同心状に貫
通する前記遊星軸（５）が一端において回転自在に貫通
し他端において前記惑星伝動部材に係合する衛星伝動部
材（９）を回転自在に支持する連結板（８）と、前記遊
星軸（５）の前記連結板（８）からの突出部に該遊星軸
と一体回転するように設けられた従動歯車（１３）と、
該従動歯車に噛合し前記衛星伝動部材（９）と同軸一体
回転する駆動歯車（１２）と、先端がリンク部材（１
６）を介して前記遊星軸（５）に連結すると共に該先端
近傍において前記駆動歯車（１２）の偏心位置（１４）
に回動自在に連結する駆動アーム（１５）とを備えてい
ることを特徴とする人力駆動装置にある。

【０００９】上記において、円周状をなす動力伝達部
は、例えば、円形歯車の歯、プーリの周溝、スプロケッ
トの歯などを意味する。従って、このような動力伝達部
を備えた太陽伝動部材とは、例えば、フレーム側に固定
された、歯車や、タイミングベルト用ホイール、プーリ
或いはスプロケットなどである。但し、太陽伝動部材
は、必ずしも固定のものに限られない。この太陽伝動部
材に係合する遊星伝動部材は、これら太陽伝動部材の種
類に応じて、歯車、タイミングベルトホイール、プー
リ、スプロケットであり、これらは、夫々、中間歯車若
しくは内歯歯車、タイミングベルト、ベルト、チェーン
などの動力伝達部材を介して係合している。

【００１０】回転アームに固設された惑星伝動部材と、
連結板により位置決め支持される衛星伝動部材との組み
合わせ機構は、前記太陽伝動部材と遊星伝動部材との組
み合わせ機構と、同様で、前記において例示したよう
に、内歯歯車を動力伝達部材とするギア列や巻掛け伝動
装置等が、用いられる。

【００１１】第一要旨にかかる人力駆動装置は、リンク
部材を介して遊星軸により一端が支持される駆動アーム
に、手や足によって加えられた力が、梃子の理により倍
力されて、偏心軸を介して駆動歯車を回転し、その回転
力は、遊星軸を介して、遊星伝動部材を回転し、回転ア
ームを太陽伝動部材の回りに回転駆動する。

【００１２】一方、駆動歯車の回転力は、そのまま同軸
の衛星伝動部材を駆動し、この衛星伝動部材に係合する
惑星伝動部材に回転力として加わるが、惑星伝動部材
は、回転アームと一体構成であるため、惑星伝動部材へ
の回転力は、そのまま、衛星伝動部材を回転アームと逆
方向に駆動する駆動力となり、衛星伝動部材は、回転ア
ームと同一方向に自転しつつ、回転アームの回転方向と
逆方向へ、惑星伝動部材の回りを公転する。

【００１３】かくして、駆動アームに加えられた力が偏
心軸を介して駆動歯車を回転すると、衛星伝動部材が惑
星伝動部材の回りを公転し、惑星伝動部材は、太陽伝動
部材の回りを公転する。遊星伝動部材は、惑星伝動部材
と同軸であるので、自転しつつ惑星伝動部材と並行して
移動し、太陽伝動部材の回りを公転する。

【００１４】駆動アームに加えられた力は、駆動アーム
から駆動歯車へ伝達される過程で倍力され、これに、夫
々の動力伝達装置による倍力機構（例えば、ギア比）が
加わり、更に、入力部（例えば、サドル位置８５）と出
力部（例えば、駆動軸１）の距離の差に基づく倍力作用
が加わることにより、大きな回転力が、駆動軸から出力
される。また、後記実施形態において詳細に示すよう
に、衛星伝動部材は、駆動アームの回転方向と逆方向に
公転するので、動力伝達比を適宜に設定することによ
り、入力部の軌跡を、偏平にし、或いは、小範囲に収め
ることができ、駆動アームの回転駆動に際して、手足が
往復直線動作に比較的近い動作で、行うことを可能にす
る。従って、この駆動装置を用いれば、疲労が少なく、
また、駆動アームに強い力を加えることができる。

【００１５】

【発明の実施形態】図１は、本願人力駆動装置の一対
を、自転車に用いた場合を示す一実施形態を示すもので
あり、図１においては、図示した一半の機構とバランス
するように、駆動スプロケット８０の他側に設ける同一
の構成の駆動装置の図示を省略してある。出力軸をなす
回転駆動軸１に、駆動スプロケット８０が一体回転する
ように固定されている。この駆動軸１は、車体フレーム
８２によって一体的に支持された軸受部８４によって、
回転自在に水平に支持されている。駆動スプロケット８
０は、図示しないチェーンを介して、自転車の後輪側の
スプロケットに連結している。

【００１６】軸受部８４には、駆動軸１の該軸受部８４
からの突出部１ａに近接した位置に、駆動軸１と同心状
に、太陽ギア２が固設されている。一方、駆動軸１の突
出部１ａには、回転アーム３が、その基端３ａにおい
て、駆動軸１と一体回転可能に固着しており、回転アー
ムの先端３ｂは、駆動軸１と直交方向に伸長して設けら
れている。回転アーム３の先端３ｂ付近には、回転アー
ムと直交する方向に伸長する回転軸から成る遊星軸５
が、回転アーム３を貫通して、回転自在に支持されてい
る。

【００１７】回転アーム３の太陽ギア側に突出した端部
には、遊星ギア４が固着しており、該ギア４は、回転ア
ーム３の中央部付近から太陽ギア側に突設したギア軸３
ｃに回転自在に支持される中間ギア６を介して、太陽ギ
ア２に噛合している。遊星軸５が回転アームを貫通して
遊星ギア４と反対側に突出した基部を、ボールベアリン
グを介して同心状に囲んだ状態で、惑星伝動部材として
の惑星スプロケット７が、回転アームに一体的に固設さ
れている。

【００１８】遊星軸５が、この惑星スプロケット７から
突出した位置には、連結板８が、その一端付近を、遊星
軸５により枢支されている。該連結板８の他端付近に
は、連結板８を回動自在に貫通する回転軸１１が、遊星
軸５と平行に支持されており、該回転軸１１の、惑星ス
プロケット側に突出している端部には、惑星スプロケッ
ト７の回りを公転すべき衛星スプロケット９が固設され
ている。又、該軸１１の他側の端部には、駆動ギア１２
が固着している。衛星スプロケット９は、無端チェーン
１０を介して惑星スプロケットに係合している。

【００１９】遊星軸５が、連結板８を回転自在に貫通し
て、駆動ギア側に突出した位置に、前記駆動ギア１２に
噛み合う従動ギア１３が、遊星軸５と、一体回転するよ
うに設けられている。駆動ギア１２には、その偏心位置
に、回転軸１１と平行な偏心軸１４が、突設されてお
り、該軸１４によって、駆動アーム１５が、その先端部
に近い位置において、回動自在に支持されている。更
に、駆動アーム１５の先端部１５ａは、リンク部材とし
ての揺動支片１６を介して、遊星軸５に連結して成るも
のである。８５は、駆動アームの基端側に設けられた入
力部としてのサドルである。

【００２０】

【作用】上記装置において、サドル８５に、駆動アーム
１５を時計回り方向に回すように加えられた力は、駆動
アーム１５と揺動支片との連結部（１５ａ）を支点とし
て、作用点である偏心軸１４に加えられる。偏心軸１４
に加わった力は、駆動ギア１２を時計回り方向に回転す
る。上記実施形態において例示した装置は、太陽伝動部
材の動力伝達部の長さが遊星伝動部材の動力伝達部の長
さの２倍であり、惑星伝動部材の動力伝達部の長さと衛
星伝動部材の動力伝達部の長さが同じであり、従動歯車
と駆動歯車との歯数の比が１対１であるように設定され
ている。即ち、より具体的には、太陽ギア２と遊星ギア
４との歯数の比を２対１とし、惑星スプロケット７と衛
星スプロケット１０との歯数の比と、及び、駆動ギア１
２と従動ギア１３との歯数の比とを、共に、１対１に設
定してある。

【００２１】今、駆動ギアが回転すると従動ギア１３
は、反対方向に回転する。従って、従動ギア１３と同軸
一体回転する遊星ギア４も、反時方向に１回転し、この
回転力は、中間ギア６を介してフレーム側に固定されて
いる太陽ギアに加わるので、遊星ギア４は、その反力に
より、反時方向に自転しつつ、中間ギアを介して太陽ギ
アの回りを時計回り方向に公転する。回転アーム３は
（従って、回転アームと一体回転する駆動軸１は）、時
計回り方向に回転する。

【００２２】同時に、駆動ギアと同軸一体回転する衛星
スプロケット９は、チェーン１０を介して、惑星スプロ
ケット７に時計回り方向の回転駆動力を及ぼす。惑星ス
プロケット７は、回転アームに固設されているので、衛
星スプロケット９は、その反力を受けて、自転しつつ惑
星スプロケット７の回りを反時方向に公転する。ところ
で、前記した比によって、ギア比が定められていると、
駆動軸１の時計回り方向への１回転に対して、遊星軸５
は、２回反時方向へ自転し、１回時計回り方向へ公転す
る。そのとき、回転軸１１は、時計回り方向に１回自転
しつつ、反時方向へ遊星軸５の回りを１回公転する。

【００２３】換言すれば、連結板８の反時方向への１回
転により、駆動ギアの位相は、常に、反時方向へ１回転
分だけ、送り返されているので、駆動ギア１２の１回転
に対して、従動ギア１３は、２回転することになる。こ
の状態を、図示したものが図３である。図３から明らか
なように、前記のような、太陽伝動部材と遊星伝動部材
との動力伝達比を２：１にし、惑星伝動部材と衛星伝動
部材との比及び従動ギアと駆動ギアとの動力伝達比を
１：１にすれば、これらを支持する連結板８の姿勢は、
常に一定で、駆動軸１の１回転毎に、入力部（８５）
は、同一の姿勢で出発点Ａに戻ることができる。従っ
て、操作者は、力のかかり具合や操作感覚が変わること
がなく操作しやすい。

【００２４】

【効果】上記本願装置は、図３からも明らかなように、
入力部（８５）の軌跡２０は、略楕円形を呈し、人間の
骨格と筋力の方向に合致し、力が入れ易く、疲れも少な
い。本願装置は、入力に対する倍力効果が高く、更に、
入力部の軌跡を、惑星伝動部材と衛星伝動部材とを支持
する連結板の存在により、小範囲に収めることができ、
前記倍力効果とあいまって、車椅子や自転車などの人力
走行車に用いれば、使用者に負担をかけることが少なく
効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願装置の一実施形態を示す断面説明図であ
る。

【図２】図１の装置を、側面から見た説明図である。

【図３】図１の装置の入力部の軌跡を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 駆動軸 ２ 太陽ギア ３ 回転アーム ４ 遊星ギア ５ 遊星軸 ６ 中間ギア ７ 惑星スプロケット ８ 連結板 ９ 衛星スプロケット １０ チェーン １１ 回転軸 １２ 駆動ギア １３ 従動ギア １４ 偏心軸 １５ 駆動アーム ８０ 自転車の駆動スプロケット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円周状をなす動力伝達部を備えた太陽伝動
   部材と、該太陽伝動部材を回転自在で且つ同心状に貫通
   する駆動軸と、該駆動軸に一端が固着し他端に前記太陽
   伝動部材に係合する遊星伝動部材を回転自在に支持する
   回転アームと、前記遊星伝動部材と一体回転する遊星軸
   と同心状に前記回転アームに固設され円周状動力伝達部
   を持つ惑星伝動部材と、該惑星伝動部材を同心状に貫通
   する前記遊星軸が一端において回転自在に貫通し他端に
   おいて前記惑星伝動部材に係合する衛星伝動部材を回転
   自在に支持する連結板と、前記遊星軸の前記連結板から
   の突出部に該遊星軸と一体回転するように設けられた従
   動歯車と、該従動歯車に噛合し前記衛星伝動部材と同軸
   一体回転する駆動歯車と、先端がリンク部材を介して前
   記遊星軸に連結すると共に該先端近傍において前記駆動
   歯車の偏心位置に回動自在に連結する駆動アームとを備
   えていることを特徴とする人力駆動装置。
2. 【請求項２】太陽伝動部材の動力伝達部の長さが遊星伝
   動部材の動力伝達部の長さの２倍であり、惑星伝動部材
   の動力伝達部の長さと衛星伝動部材の動力伝達部の長さ
   が同じであり、従動歯車と駆動歯車との歯数の比が１対
   １である請求項１の人力駆動装置。