特開 2022-93062 自転車および自転車用のクランクアーム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022093062

(43)【公開日】2022-06-23

(54)【発明の名称】自転車および自転車用のクランクアーム

(51)【国際特許分類】

   B62M 3/06 20060101AFI20220616BHJP

   B62M 3/04 20060101ALI20220616BHJP

【ＦＩ】

B62M3/06

B62M3/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020206147

(22)【出願日】2020-12-11

(71)【出願人】

【識別番号】000010076

【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100139930

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 亮司

(74)【代理人】

【識別番号】100180529

【弁理士】

【氏名又は名称】梶谷 美道

(72)【発明者】

【氏名】竹田 祐一

(57)【要約】

【課題】上り坂においても楽に漕ぎ進むことができる自転車およびそのような自転車用のクランクアームを提供する。
【解決手段】自転車（１００）は、クランク軸（１３）と、クランク軸の両端部に取り付けられた一対のクランクアーム（２０）と、一対のクランクアームの先端部に取り付けられた一対のペダル（３０）とを有する。各クランクアームは、一端部（２１ａ）がクランク軸に連結された第１アーム部材（２１）と、一端部（２２ａ）が第１アーム部材の他端部（２１ｂ）に回動可能に支持された第２アーム部材（２２）であって、他端部（２２ｂ）が一対のペダルのうちの対応するペダルを支持する第２アーム部材と、クランクアームがクランク軸の順回転方向（Ｄ１）に屈曲するように第１アーム部材および第２アーム部材を付勢する弾性部材（２３）とを有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

クランク軸と、
前記クランク軸の両端部に取り付けられた一対のクランクアームと、
前記一対のクランクアームの先端部に取り付けられた一対のペダルと、
を有し、
前記一対のクランクアームのそれぞれは、
一端部が前記クランク軸に連結された第１アーム部材と、
一端部が前記第１アーム部材の他端部に回動可能に支持された第２アーム部材であって、他端部が前記一対のペダルのうちの対応するペダルを支持する第２アーム部材と、
当該クランクアームが前記クランク軸の順回転方向に屈曲するように前記第１アーム部材および前記第２アーム部材を付勢する弾性部材と、
を有する、自転車。

【請求項2】

ペダル上死点の位相角を０°とすると、
前記一対のクランクアームのそれぞれは、前記一対のペダルに荷重が加えられたときに９０°から１８０°までの範囲の少なくとも一部において当該クランクアームが屈曲角を小さくしながら回転するように構成されている請求項１に記載の自転車。

【請求項3】

ペダル上死点の位相角を０°とすると、
前記一対のクランクアームのそれぞれは、前記一対のペダルに荷重が加えられたときに１２０°から１８０°までの範囲の少なくとも一部において当該クランクアームが屈曲角を小さくしながら回転するように構成されている請求項１に記載の自転車。

【請求項4】

ペダル上死点の位相角を０°とすると、
前記一対のクランクアームのそれぞれは、前記一対のペダルに荷重が加えられたときに１８０°から２７０°までの範囲の少なくとも一部において当該クランクアームが屈曲角を大きくしながら回転するように構成されている請求項１から３のいずれかに記載の自転車。

【請求項5】

ペダル上死点の位相角を０°とすると、
前記一対のクランクアームのそれぞれは、前記一対のペダルに荷重が加えられたときに２７０°から９０°までの範囲の少なくとも一部において当該クランクアームが屈曲角を一定のままで回転するように構成されている請求項１から４のいずれかに記載の自転車。

【請求項6】

前記一対のクランクアームのそれぞれは、
前記一対のペダルに荷重が加えられて前記一対のペダルのうちの一方のペダルがペダル下死点に到達した時に他方のペダルがペダル上死点よりも車体前側に位置しているように構成されている、請求項１から５のいずれかに記載の自転車。

【請求項7】

前記一対のペダルに荷重が加えられていないとき、
前記一対のクランクアームのそれぞれの屈曲角は３０°以上１２０°以下である、請求項１から６のいずれかに記載の自転車。

【請求項8】

前記第２アーム部材の長さは、前記第１アーム部材の長さの５０％以上２００％以下である、請求項１から７のいずれかに記載の自転車。

【請求項9】

前記弾性部材は、引張バネまたはねじりバネである、請求項１から８のいずれかに記載の自転車。

【請求項10】

前記弾性部材は、前記引張バネであり、
前記引張バネは、前記第１アーム部材および前記第２アーム部材に接続されており、
前記引張バネと前記第１アーム部材との接続箇所は、前記第１アーム部材の長手方向の中心軸から前記クランク軸の順回転方向側にずれた位置にあり、
前記引張バネと前記第２アーム部材との接続箇所は、前記第２アーム部材の長手方向の中心軸から前記クランク軸の順回転方向側にずれた位置にある、請求項９に記載の自転車。

【請求項11】

前記弾性部材は、車幅方向において前記第１アーム部材および前記第２アーム部材よりも外側に位置していない、請求項１から１０のいずれかに記載の自転車。

【請求項12】

前記クランク軸の順回転方向を第１方向と呼び、前記クランク軸の逆回転方向を第２方向と呼ぶとき、
前記一対のクランクアームのそれぞれは、前記第２アーム部材の回動範囲の第１方向側端を規定する第１ストッパ部を有する、請求項１から１１のいずれかに記載の自転車。

【請求項13】

前記一対のクランクアームのそれぞれは、前記第２アーム部材の回動範囲の第２方向側端を規定する第２ストッパ部を有する、請求項１２に記載の自転車。

【請求項14】

自転車用のクランクアームであって、
一端部がクランク軸に連結された第１アーム部材と、
一端部が前記第１アーム部材の他端部に回動可能に支持された第２アーム部材であって、他端部がペダルを支持する第２アーム部材と、
前記クランクアームが前記クランク軸の順回転方向に屈曲するように前記第１アーム部材および前記第２アーム部材を付勢する弾性部材と、
を備える、クランクアーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、自転車および自転車用のクランクアームに関する。

【背景技術】

【0002】

自転車は、手軽に利用できる交通手段として、老若男女を問わず、広く普及している。また、近年では、運転者のペダル踏力をモータの駆動力で補助する電動補助自転車の普及も進んでいる。電動補助自転車は、例えば特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１９６０８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

自転車を上り坂においてより楽に漕ぎ進めたいという要望がある。勾配の急な（つまり負荷の高い）上り坂においては、自転車が思うように進まずにふらつくので、自転車を押して歩くことを強いられる場合もある。

【0005】

本発明の実施形態は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、上り坂においても楽に漕ぎ進むことができる自転車およびそのような自転車用のクランクアームを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書は、以下の項目に記載の自転車および自転車用クランクアームを開示している。

【0007】

［項目１］
クランク軸と、
前記クランク軸の両端部に取り付けられた一対のクランクアームと、
前記一対のクランクアームの先端部に取り付けられた一対のペダルと、
を有し、
前記一対のクランクアームのそれぞれは、
一端部が前記クランク軸に連結された第１アーム部材と、
一端部が前記第１アーム部材の他端部に回動可能に支持された第２アーム部材であって、他端部が前記一対のペダルのうちの対応するペダルを支持する第２アーム部材と、
当該クランクアームが前記クランク軸の順回転方向に屈曲するように前記第１アーム部材および前記第２アーム部材を付勢する弾性部材と、
を有する、自転車。

【0008】

本発明の実施形態による自転車では、各クランクアームが、第１アーム部材と、第２アーム部材と、弾性部材とを有する。第１アーム部材の一端部は、クランク軸に連結されており、第２アーム部材の一端部は、第１アーム部材の他端部に回動可能に支持されている。そして、第１アーム部材および第２アーム部材は、クランクアームがクランク軸の順回転方向に屈曲するように弾性部材によって付勢されている。各クランクアームが弾性部材の付勢力によって屈曲しているので、運転者は、一方のペダルがペダル下死点に到達しようとする際、そのペダルをクランクアームが伸びるように（つまり屈曲角が小さくなるように）重力方向にさらに踏み込むことができる。これにより、ペダル下死点近傍において重力方向の踏力を推進力（回転力）に変換することが可能となる。また、クランクアームはクランク軸の順回転方向に屈曲しているので、一方のペダルがペダル下死点に到達した時、他方のペダルは既にペダル上死点を通過してペダル上死点よりも車体前側に位置している。そのため、運転者は、ペダル上死点よりも前側に位置しているそのペダルを重力方向に踏み込むことで推進力を得ることができる。このように、本発明の実施形態による自転車では、一対のペダルが同時にペダル上死点およびペダル下死点に位置することがないので、ペダルの位相によらず、重力方向の踏み込みにより推進力を得ることができる。そのため、本発明の実施形態による自転車によれば、負荷の高い（つまり勾配の大きい）上り坂であっても楽に漕ぎ進むことが可能になる。さらに、クランクアームが屈曲していることにより、ペダル上死点付近ではクランクアームの回転半径が小さくなるので、運転者は足を上げる高さを従来よりも低くできる。そのため、運転者の姿勢が安定するという利点も得られる。

【0009】

［項目２］
ペダル上死点の位相角を０°とすると、
前記一対のクランクアームのそれぞれは、前記一対のペダルに荷重が加えられたときに９０°から１８０°までの範囲の少なくとも一部において当該クランクアームが屈曲角を小さくしながら回転するように構成されている項目１に記載の自転車。

【0010】

［項目３］
ペダル上死点の位相角を０°とすると、
前記一対のクランクアームのそれぞれは、前記一対のペダルに荷重が加えられたときに１２０°から１８０°までの範囲の少なくとも一部において当該クランクアームが屈曲角を小さくしながら回転するように構成されている項目１に記載の自転車。

【0011】

［項目４］
ペダル上死点の位相角を０°とすると、
前記一対のクランクアームのそれぞれは、前記一対のペダルに荷重が加えられたときに１８０°から２７０°までの範囲の少なくとも一部において当該クランクアームが屈曲角を大きくしながら回転するように構成されている項目１から３のいずれかに記載の自転車。

【0012】

［項目５］
ペダル上死点の位相角を０°とすると、
前記一対のクランクアームのそれぞれは、前記一対のペダルに荷重が加えられたときに２７０°から９０°までの範囲の少なくとも一部において当該クランクアームが屈曲角を一定のままで回転するように構成されている項目１から４のいずれかに記載の自転車。

【0013】

［項目６］
前記一対のクランクアームのそれぞれは、
前記一対のペダルに荷重が加えられて前記一対のペダルのうちの一方のペダルがペダル下死点に到達した時に他方のペダルがペダル上死点よりも車体前側に位置しているように構成されている、項目１から５のいずれかに記載の自転車。

【0014】

［項目７］
前記一対のペダルに荷重が加えられていないとき、
前記一対のクランクアームのそれぞれの屈曲角は３０°以上１２０°以下である、項目１から６のいずれかに記載の自転車。

【0015】

楽に漕ぎ進むことができるという効果および運転者の姿勢が安定するという効果をより確実に得る（あるいはより高くする）観点からは、クランクアームの屈曲角はある程度以上大きいことが好ましい。具体的には、ペダルに荷重が加えられていないときの屈曲角が３０°以上であることが好ましく、５０°以上であることがより好ましい。ただし、クランクアームの屈曲角が大きすぎると、ペダル上死点近傍において第１アーム部材と第２アーム部材との結合部分（関節部）がペダルを超えて運転者に近づいてしまうおそれがあるので、クランクアームの屈曲角は大きすぎないことが好ましい。具体的には、ペダルに荷重が加えられていないときの屈曲角は１２０°以下であることが好ましく、１００°以下であることがより好ましい。

【0016】

［項目８］
前記第２アーム部材の長さは、前記第１アーム部材の長さの５０％以上２００％以下である、項目１から７のいずれかに記載の自転車。

【0017】

第２アーム部材が長すぎても短すぎても、踏み込んだときにペダルが重くて（つまり漕ぎ難くて）進みにくいおそれがある。そのため、第２アーム部材の長さは、第１アーム部材の長さの５０％以上２００％以下であることが好ましい。

【0018】

［項目９］
前記弾性部材は、引張バネまたはねじりバネである、項目１から８のいずれかに記載の自転車。

【0019】

弾性部材としては、例えば、引張バネまたはねじりバネを好適に用いることができる。

【0020】

［項目１０］
前記弾性部材は、前記引張バネであり、
前記引張バネは、前記第１アーム部材および前記第２アーム部材に接続されており、
前記引張バネと前記第１アーム部材との接続箇所は、前記第１アーム部材の長手方向の中心軸から前記クランク軸の順回転方向側にずれた位置にあり、
前記引張バネと前記第２アーム部材との接続箇所は、前記第２アーム部材の長手方向の中心軸から前記クランク軸の順回転方向側にずれた位置にある、項目９に記載の自転車。

【0021】

弾性部材が引張バネである場合、引張バネと第１アーム部材との接続箇所が第１アーム部材の長手方向の中心軸からクランク軸の順回転方向側にずれた位置にあり、且つ、引張バネと第２アーム部材との接続箇所が第２アーム部材の長手方向の中心軸からクランク軸の順回転方向側にずれた位置にあると、いったん伸びきったクランクアームを順回転方向に屈曲した状態に戻すことが容易となる。

【0022】

［項目１１］
前記弾性部材は、車幅方向において前記第１アーム部材および前記第２アーム部材よりも外側に位置していない、項目１から１０のいずれかに記載の自転車。

【0023】

弾性部材が、車幅方向において第１アーム部材および第２アーム部材よりも（つまりクランクアームよりも）外側に位置していないことにより、弾性部材が運転者の足にとって邪魔にならない。弾性部材は、車幅方向において第１アーム部材および第２アーム部材よりも内側に位置していてもよいし、車幅方向において第１アーム部材および第２アーム部材に重なっていてもよい。

【0024】

［項目１２］
前記クランク軸の順回転方向を第１方向と呼び、前記クランク軸の逆回転方向を第２方向と呼ぶとき、
前記一対のクランクアームのそれぞれは、前記第２アーム部材の回動範囲の第１方向側端を規定する第１ストッパ部を有する、項目１から１１のいずれかに記載の自転車。

【0025】

クランク軸の順回転方向を「第１方向」、逆回転方向を「第２方向」と呼ぶとき、各クランクアームが、第２アーム部材の回動範囲の第１方向側端を規定する第１ストッパ部を有していると、回動範囲の一方の端（第１方向側端）を一意に定めることができる。

【0026】

［項目１３］
前記一対のクランクアームのそれぞれは、前記第２アーム部材の回動範囲の第２方向側端を規定する第２ストッパ部を有する、項目１２に記載の自転車。

【0027】

各クランクアームが、第２アーム部材の回動範囲の第２方向側端を規定する第２ストッパ部を有していると、第２アーム部材の回動範囲の他方の端（第２方向側端）を一意に定めることができ、例えば、クランクアームがクランク軸の逆回転方向に屈曲しないようにすることができる。

【0028】

［項目１４］
自転車用のクランクアームであって、
一端部がクランク軸に連結された第１アーム部材と、
一端部が前記第１アーム部材の他端部に回動可能に支持された第２アーム部材であって、他端部がペダルを支持する第２アーム部材と、
前記クランクアームが前記クランク軸の順回転方向に屈曲するように前記第１アーム部材および前記第２アーム部材を付勢する弾性部材と、
を備える、クランクアーム。

【発明の効果】

【0029】

本発明の実施形態によると、上り坂においても楽に漕ぎ進むことができる自転車およびそのような自転車用のクランクアームを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の実施形態による自転車１００を模式的に示す右側面図である。

【図2】自転車１００のクランク軸１３、クランクアーム２０およびペダル３０を示す側面図である。

【図3】従来の自転車において一対のペダル９３０のうちの一方がペダル上死点に位置し、他方がペダル下死点に位置している状態を示す図である。

【図4】自転車１００において一対のペダル３０のうちの一方（左ペダル３０Ｂ）がペダル上死点に位置している状態を示す図である。

【図5】自転車１００において一対のペダル３０のうちの他方（右ペダル３０Ａ）がペダル下死点に位置している状態を示す図である。

【図6】クランクアーム２０の屈曲角αの変化を模式的に示す図である。

【図7】クランクアーム２０の他の構成を示す図である。

【図8】左クランクアーム２０Ｂの第２アーム部材２２が回動範囲の第１方向側端にある状態を示す図であり、左クランクアーム２０Ｂが完全に伸びた状態（屈曲角αが０°の状態）を仮想的に点線で示している。

【図9】完全に伸びた状態の左クランクアーム２０Ｂを図８中の矢印Ｗの方向から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

【0032】

図１を参照しながら、本発明の実施形態による自転車１００を説明する。図１は、自転車１００を模式的に示す右側面図である。以下の説明において、前、後、左、右、上、下は、サドル１０に着座した運転者から見た前、後、左、右、上、下を意味する。

【0033】

ここで例示している自転車１００は、いわゆる軽快車（「シティサイクル」とも呼ばれる）である。自転車１００は、図１に示すように、車体フレーム１、前輪１１および後輪１２を備える。

【0034】

車体フレーム１は、ヘッドチューブ２、ダウンチューブ３、シートチューブ４、一対のチェーンステー５、一対のシートステー６およびボトムブラケット７を有する。

【0035】

ダウンチューブ３は、ヘッドチューブ２から後方斜め下向きに延びる。シートチューブ４は、ダウンチューブ３の後端から後方斜め上向きに延びる。一対のチェーンステー５は、シートチューブ４の下端付近から後方に延びる。一対のシートステー６は、一対のチェーンステー５の後端部とシートチューブ４の上部とを結合する。ボトムブラケット（ハンガー）７は、シートチューブ４の下端に設けられている。

【0036】

ヘッドチューブ２の下端には、前方斜め下向きに延びるフロントフォーク８が設けられている。フロントフォーク８の下端部には、前輪１１が回転自在に支持されている。ヘッドチューブ２の上端には、ハンドル９が取り付けられている。シートチューブ４の上端には、サドル１０が取り付けられている。一対のチェーンステー５の後端部には、後輪１２が回転自在に支持されている。

【0037】

自転車１００は、ボトムブラケット７に回転可能に支持された（つまり車体フレーム１に支持された）クランク軸１３と、クランク軸１３の両端部に取り付けられた一対のクランクアーム２０と、一対のクランクアーム２０の先端部に取り付けられた一対のペダル３０とを有する。

【0038】

図２を参照しながら、自転車１００のクランクアーム２０の構成を説明する。図２は、自転車１００のクランク軸１３、クランクアーム２０およびペダル３０を示す側面図である。図２中には、クランク軸１３の順回転方向Ｄ１を併せて示している。クランク軸１３の順回転方向Ｄ１は、自転車１００が前進するときにクランク軸１３が回転する方向である。

【0039】

一対のクランクアーム２０は、車体の右側に配置される右クランクアーム２０Ａと、車体の左側に配置される左クランクアーム２０Ｂとを含む。右クランクアーム２０Ａと左クランクアーム２０Ｂとは、位相が略１８０°ずれている。

【0040】

右クランクアーム２０Ａおよび左クランクアーム２０Ｂのそれぞれは、図２に示すように、第１アーム部材２１と、第２アーム部材２２とを有する。つまり、右クランクアーム２０Ａおよび左クランクアーム２０Ｂのそれぞれは、その本体部が２つの部材（第１アーム部材２１および第２アーム部材２２）に分割されている。右クランクアーム２０Ａおよび左クランクアーム２０Ｂのそれぞれは、さらに弾性部材を有する。図示しているクランクアーム２０は、弾性部材として引張バネ２３を有している。引張バネ２３は、バネが伸張する方向に荷重を受けたときに反発力が生じるバネである。

【0041】

第１アーム部材２１の一端部（基端部）２１ａは、クランク軸１３に連結されている。具体的には、右クランクアーム２０Ａの第１アーム部材２１の基端部２１ａは、クランク軸１３の右端部に連結されており、左クランクアーム２０Ｂの第１アーム部材２１の基端部２１ａは、クランク軸１３の左端部に連結されている。

【0042】

第２アーム部材２２の一端部（基端部）２２ａは、第１アーム部材２１の他端部（先端部）２１ｂに回動可能に支持されている。図示している例では、第２アーム部材２２の基端部２２ａと第１アーム部材２１の先端部２１ｂとは、ピン２４によって結合されている。第１アーム部材２１と第２アーム部材２２との結合部を、以下では「関節部」と呼ぶこともある。なお、関節部の具体的な構造は、ここで例示している構造には限定されない。

【0043】

第２アーム部材２２の他端部（先端部）２２ｂは、一対のペダル３０のうちの対応するペダル３０を支持する。具体的には、右クランクアーム２０Ａの第２アーム部材２２の先端部２２ｂは、右ペダル３０Ａを支持しており、左クランクアーム２０Ｂの第２アーム部材２２の先端部２２ｂは、左ペダル３０Ｂを支持している。右ペダル３０Ａおよび左ペダル３０Ｂのそれぞれは、第２アーム部材２２の先端部２２ｂに取り付けられるペダル軸３１と、ペダル軸３１に回転可能に支持されるペダル本体３２とを含む。ペダル軸３１には、雄ねじ部が形成されており、第２アーム部材２２の先端部２２ｂには、ペダル軸３１の雄ねじ部が係合する雌ねじ部が形成されている。

【0044】

引張バネ２３は、第１アーム部材２１および第２アーム部材２２に接続されている。引張バネ２３と第１アーム部材２１との接続箇所ｃｐ１は、第１アーム部材２１の長手方向の中心軸ａｘ１からクランク軸１３の順回転方向Ｄ１側にずれた位置にある。引張バネ２３と第２アーム部材２２との接続箇所ｃｐ２は、第２アーム部材２２の長手方向の中心軸ａｘ２からクランク軸１３の順回転方向Ｄ１側にずれた位置にある。

【0045】

引張バネ２３は、図２に示すように、クランクアーム２０がクランク軸１３の順回転方向Ｄ１に屈曲するように第１アーム部材２１および第２アーム部材２２を付勢する。ここで、第１アーム部材２１の長手方向の中心軸ａｘ１と第２アーム部材２２の長手方向の中心軸ａｘ２とのなす角αを、クランクアーム２０の「屈曲角」と呼ぶ。クランクアーム２０の屈曲角αは、クランクアーム２０が屈曲していないとき（つまりクランクアーム２０が完全に伸びているとき）に０°である。

【0046】

各クランクアーム２０は、第２アーム部材２２の回動範囲の一方の端（具体的にはクランク軸１３の順回転方向Ｄ１側の端）を規定する部分（以下では「第１ストッパ部」とも呼ぶ）を有している。第１ストッパ部の具体的な構成については後に詳述する。

【0047】

本発明の実施形態による自転車１００では、クランクアーム２０が上述したような構成を有していることにより、上り坂において楽に漕ぎ進むことが可能となる。以下、この理由を説明する。以下の説明において、「ペダル上死点」および「ペダル下死点」に言及することがある。「ペダル上死点」は、ペダルがもっとも高い位置にあって推進力が得られない点であり、「ペダル下死点」は、ペダルがもっとも低い位置にあって推進力が得られない点である。

【0048】

図３は、従来の自転車におけるクランク軸９１３、クランクアーム９２０およびペダル９３０を示す図である。

【0049】

従来の自転車では、右クランクアーム９２０Ａおよび左クランクアーム９２０Ｂのそれぞれは、分割されておらず、また、屈曲していない。そのため、図３に示すように、一対のペダル９３０のうちの一方（ここでは左ペダル９３０Ｂ）がペダル上死点に位置しているとき、他方（ここでは右ペダル９３０Ａ）はペダル下死点に位置している。従って、この状態で運転者がどちらのペダル９３０を重力方向に踏み込んでも推進力は得られない。そのため、上り坂を楽に漕ぎ進むことができない。

【0050】

図４は、本発明の実施形態による自転車１００において、一対のペダル３０のうちの一方（具体的には左ペダル３０Ｂ）がペダル上死点に位置している状態を示している。図４に示す状態において、左ペダル３０Ｂはペダル上死点に位置しているが、このとき、右ペダル３０Ａはペダル下死点には位置していない。右クランクアーム２０Ａは引張バネ２３の付勢力によって屈曲しており、この状態において右ペダル３０Ａを、右クランクアーム２０Ａが伸びるように（つまり屈曲角αが小さくなるように）重力方向にさらに踏み込むことができるからである。

【0051】

図５は、図４に示した状態から右ペダル３０Ａをさらに踏み込むことによって、右ペダル３０Ａがペダル下死点に到達した状態を示している。左クランクアーム２０Ｂはクランク軸１３の順回転方向Ｄ１に屈曲しているので、図５に示すように、右ペダル３０Ａがペダル下死点に到達した時、左ペダル３０Ｂは既にペダル上死点を通過してペダル上死点よりも車体前側に位置している。そのため、運転者は、ペダル上死点よりも車体前側に位置している左ペダル３０Ｂを重力方向に踏み込むことで推進力を得ることができる。

【0052】

図６を参照しながら、自転車１００においてペダル３０に踏力（荷重）を加えてクランクアーム２０を回転させたときの屈曲角αの変化（推移）を説明する。図６は、クランクアーム２０の屈曲角αの変化を模式的に示す図であり、クランクアーム２０を簡略化して示している。なお、以下の説明においては、ペダル上死点の位相角を０°とする。

【0053】

図６の右下部に示すように、９０°から１８０°までの範囲（あるいは１２０°から１８０°までの範囲）の一部または全部において、クランクアーム２０はその屈曲角αを小さくしながら回転する。つまり、各クランクアーム２０は、ペダル３０に荷重（踏力）が加えられたときに９０°から１８０°までの範囲（あるいは１２０°から１８０°までの範囲）の少なくとも一部においてクランクアーム２０が屈曲角αを小さくしながら（つまりクランクアーム２０が伸びながら）回転するように構成されている。

【0054】

図６の中央下部に示すように、クランクアーム２０の屈曲角αは、１８０°付近においてもっとも小さくなる。ここでは、屈曲角αが１８０°においてほぼ０°となる場合を例示しているが、屈曲角αは必ずしもいったん０°になる（つまりクランクアーム２０が完全に伸びる）必要はない。

【0055】

図６の左下部に示すように、１８０°から２７０°までの範囲の一部または全部において、クランクアーム２０はその屈曲角αを大きくしながら回転する。つまり、各クランクアーム２０は、ペダル３０に荷重が加えられたときに１８０°から２７０°までの範囲の少なくとも一部においてクランクアーム２０が屈曲角αを大きくしながら回転するように構成されている。

【0056】

図６の上部に示すように、２７０°から９０°までの範囲の一部または全部において、クランクアーム２０はその屈曲角αを一定のままで回転する。つまり、各クランクアーム２０は、ペダル３０に荷重が加えられたときに２７０°から９０°までの範囲の少なくとも一部においてクランクアーム２０が屈曲角αを一定のままで回転するように構成されている。

【0057】

上述したように、本発明の実施形態による自転車１００では、各クランクアーム２０が、第１アーム部材２１と、第２アーム部材２２と、引張バネ（弾性部材）２３とを有する。第１アーム部材２１の一端部２１ａは、クランク軸１３に連結されており、第２アーム部材２２の一端部２２ａは、第１アーム部材２１の他端部２１ｂに回動可能に支持されている。そして、第１アーム部材２１および第２アーム部材２２は、クランクアーム２０がクランク軸１３の順回転方向Ｄ１に屈曲するように引張バネ２３によって付勢されている。各クランクアーム２０が引張バネ２３の付勢力によって屈曲しているので、運転者は、一方のペダル３０がペダル下死点に到達しようとする際、そのペダル３０をクランクアーム２０が伸びるように（つまり屈曲角αが小さくなるように）重力方向にさらに踏み込むことができる。これにより、ペダル下死点近傍において重力方向の踏力を推進力（回転力）に変換することが可能となる。また、クランクアーム２０はクランク軸１３の順回転方向Ｄ１に屈曲しているので、一方のペダル３０がペダル下死点に到達した時、他方のペダル３０は既にペダル上死点を通過してペダル上死点よりも車体前側に位置している。そのため、運転者は、ペダル上死点よりも車体前側に位置しているそのペダル３０を重力方向に踏み込むことで推進力を得ることができる。このように、本発明の実施形態による自転車１００では、一対のペダル３０が同時にペダル上死点およびペダル下死点に位置することがないので、ペダル３０の位相によらず、重力方向の踏み込みにより推進力を得ることができる。そのため、本発明の実施形態による自転車１００によれば、負荷の高い（つまり勾配の大きい）上り坂であっても楽に漕ぎ進むことが可能になる。さらに、クランクアーム２０が屈曲していることにより、ペダル上死点付近ではクランクアーム２０の回転半径が小さくなるので、運転者は足を上げる高さを従来よりも低くできる。そのため、運転者の姿勢が安定するという利点も得られる。

【0058】

楽に漕ぎ進むことができるという効果および運転者の姿勢が安定するという効果をより確実に得る（あるいはより高くする）観点からは、クランクアーム２０の屈曲角αはある程度以上大きいことが好ましい。具体的には、ペダル３０に荷重が加えられていないときの屈曲角αが３０°以上であることが好ましく、５０°以上であることがより好ましい。ただし、クランクアーム２０の屈曲角αが大きすぎると、ペダル上死点近傍において関節部がペダル３０を超えて運転者に近づいてしまうおそれがあるので、クランクアーム２０の屈曲角αは大きすぎないことが好ましい。具体的には、ペダル３０に荷重が加えられていないときの屈曲角αは１２０°以下であることが好ましく、１００°以下であることがより好ましい。また、ペダル３０がペダル上死点にあるときに関節部の高さがペダル３０の高さを超えないことが好ましいということもできる。

【0059】

楽に漕ぎ進むことができるという効果をより確実に得る（あるいはより高くする）観点からは、クランク軸１３とペダル軸３１とを結ぶ直線と、クランクアーム２０の関節部との距離がある程度以上大きいことが好ましい。第２アーム部材２２が長すぎる場合や短すぎる場合、上述した距離（クランク軸１３とペダル軸３１とを結ぶ直線と、クランクアーム２０の関節部との距離）が比較的小さくなり、踏み込んだときにペダル３０が重くて（つまり漕ぎ難くて）進みにくいおそれがある。そのため、第２アーム部材２２の長さは、例えば第１アーム部材２１の長さの５０％以上２００％以下であることが好ましい。

【0060】

第１アーム部材２１および第２アーム部材２２を付勢する弾性部材としては、例示した引張バネ２３を好適に用いることができる。ただし、弾性部材は引張バネ２３に限定されるものではなく、引張バネ２３以外の弾性部材を用いてもよい。例えば、図７に示すように、各クランクアーム２０は、弾性部材としてねじりバネ２５を有していてもよい。ねじりバネ２５は、バネが中心軸周りにねじりモーメントを受けたときに反発力が生じるバネである。ねじりバネ２５も、クランクアーム２０の弾性部材として好適に用いられる。

【0061】

弾性部材が引張バネ２３である場合、図２に例示したように、引張バネ２３と第１アーム部材２１との接続箇所ｃｐ１が第１アーム部材２１の長手方向の中心軸ａｘ１からクランク軸１３の順回転方向Ｄ１側にずれた位置にあり、且つ、引張バネ２３と第２アーム部材２２との接続箇所ｃｐ２が第２アーム部材２２の長手方向の中心軸ａｘ２からクランク軸１３の順回転方向Ｄ１側にずれた位置にあると、いったん伸びきったクランクアーム２０を順回転方向Ｄ１に屈曲した状態に戻すことが容易となる。

【0062】

なお、引張バネ２３は、第１アーム部材２１および第２アーム部材２２に直接接続されてもよいし、他の部材を介して接続されてもよい。例えば、引張バネ２３は、第１アーム部材２１および第２アーム部材２２のそれぞれに取り付けられたフック状の部材を介して第１アーム部材２１および第２アーム部材２２に接続されてもよい。

【0063】

弾性部材は、車幅方向において第１アーム部材２１および第２アーム部材２２よりも外側に位置していないことが好ましい。弾性部材が、車幅方向において第１アーム部材２１および第２アーム部材２２よりも（つまりクランクアーム２０よりも）外側に位置していないことにより、弾性部材が運転者の足にとって邪魔にならない。弾性部材は、車幅方向において第１アーム部材２１および第２アーム部材２２よりも内側に位置していてもよいし、車幅方向において第１アーム部材２１および第２アーム部材２２に重なっていてもよい。

【0064】

既に説明したように、本実施形態のクランクアーム２０は、第２アーム部材２２の回動範囲の一方の端（クランク軸１３の順回転方向Ｄ１側の端）を規定する部分（第１ストッパ部）を有している。図８および図９を参照しながら、第１ストッパ部の具体的な構成の例を説明する。以下の説明では、表記の簡単さのために、クランク軸１３の順回転方向Ｄ１を「第１方向」と呼び、順回転方向Ｄ１の反対方向、すなわち、クランク軸１３の逆回転方向Ｄ２（図８参照）を「第２方向」と呼ぶ。

【0065】

図８には、左クランクアーム２０Ｂの第２アーム部材２２が回動範囲の第１方向側端にある状態を示している。また、図８中には、左クランクアーム２０Ｂが完全に伸びた状態（屈曲角αが０°の状態）を仮想的に点線で示している。図９は、完全に伸びた状態の左クランクアーム２０Ｂを図８中の矢印Ｗの方向から見た図であり、引張バネ２３の図示は省略している。

【0066】

図９に示すように、第１アーム部材２１の先端部２１ｂには、厚さ方向における中央に切り欠き部２１ｎが形成されており、第２アーム部材２２の基端部２２ａは、この切り欠き部２１ｎに差し込まれている。この例では、第２アーム部材２２を第１方向側に回動させていくと、図８に示すように、切り欠き部２１ｎの底面の第１方向側のエッジｎｅに第２アーム部材２２が当接することにより、第２アーム部材２２はそれ以上第１方向側に回動できなくなる。つまり、切り欠き部２１ｎの底面の第１方向側のエッジｎｅが、第１ストッパ部として機能する。

【0067】

各クランクアーム２０が、第２アーム部材２２の回動範囲の第１方向側端を規定する第１ストッパ部を有していると、回動範囲の一方の端（第１方向側端）を一意に定めることができる。

【0068】

なお、第１ストッパ部の具体的な構成は、ここで例示したものに限定されない。例えば、第１アーム部材２１および／または第２アーム部材２２に、第１ストッパ部として機能する部材を取り付けてもよい。

【0069】

また、各クランクアーム２０は、第２アーム部材２２の回動範囲の第２方向側端を規定する部分（「第２ストッパ部」と呼ぶ）を有していてもよい。クランクアーム２０がこのような第２ストッパ部を有していると、第２アーム部材２２の回動範囲の他方の端（第２方向側端）を一意に定めることができ、例えば、クランクアーム２０が第２方向（クランク軸１３の逆回転方向Ｄ２）に屈曲しないようにすることができる。第２ストッパ部の具体的な構成の説明をここでは省略するが、第１アーム部材２１の一部が第２ストッパ部として機能してもよいし、第１アーム部材２１および／または第２アーム部材２２に、第２ストッパ部として機能する部材を取り付けてもよい。

【0070】

典型的には、右クランクアーム２０Ａと左クランクアーム２０Ｂとは、自転車１００に取り付けられていない状態においても区別され得る。例えば、右クランクアーム２０Ａの先端部には雌ねじ部として右ねじ（正ねじ）が形成されるのに対し、左クランクアーム２０Ｂの先端部には雌ねじ部として左ねじ（逆ねじ）が形成される。このように、右クランクアーム２０Ａと左クランクアーム２０Ｂとを自転車１００に取り付けられていない状態において区別し得るので、クランクアーム２０単体を見たときに、クランクアーム２０の屈曲方向と、クランク軸１３の順回転方向Ｄ１との関係が特定され得る。

【0071】

ここでは軽快車である自転車１００を例示したが、本発明の実施形態による自転車は、軽快車以外であってもよい。例えば、本発明の実施形態による自転車は、ロードバイク等のスポーツ自転車であってもよい。なお、スポーツ自転車に乗る人と、普段スポーツ自転車に乗らない人とでは、ペダリングの仕方が異なる傾向がある。前者はペダル位置が９０°を過ぎると踏む力を弱めることを意識するのに対し、後者はそうではなく、１２０°から１８０°の位置でも比較的大きな力で踏み込んでしまう傾向がある。本発明の実施形態によれば、１２０°から１８０°の位置における踏力を有効に推進力（回転力）に変えることができるので、本発明の実施形態は、スポーツ自転車よりも軽快車においていっそう適用する意義が大きいといえる。

【0072】

また、ここでは電動補助自転車ではない自転車１００を例示したが、本発明の実施形態による自転車は、電動補助自転車であってもよい。電動補助自転車は、駆動ユニットを備える。駆動ユニットは、車体フレームに取り付けられ、車輪に伝達される駆動力を発生させる。駆動ユニットは、モータ（電動機）を有する。

【0073】

また、ここでは２つの車輪（１つの前輪１１および１つの後輪１２）を備える自転車１００を例示したが、本発明の実施形態による自転車は、３つ以上の車輪を備える自転車であってもよい。

【0074】

上述したように、本発明の実施形態による自転車１００は、クランク軸１３と、前記クランク軸１３の両端部に取り付けられた一対のクランクアーム２０と、前記一対のクランクアーム２０の先端部に取り付けられた一対のペダル３０と、を有する。前記一対のクランクアーム２０のそれぞれは、一端部２１ａが前記クランク軸１３に連結された第１アーム部材２１と、一端部２２ａが前記第１アーム部材２１の他端部２１ｂに回動可能に支持された第２アーム部材２２であって、他端部２２ｂが前記一対のペダル３０のうちの対応するペダル３０を支持する第２アーム部材２２と、当該クランクアーム２０が前記クランク軸１３の順回転方向Ｄ１に屈曲するように前記第１アーム部材２１および前記第２アーム部材２２を付勢する弾性部材２３、２５と、を有する。

【0075】

本発明の実施形態による自転車１００では、各クランクアーム２０が、第１アーム部材２１と、第２アーム部材２２と、弾性部材２３、２５とを有する。第１アーム部材２１の一端部２１ａは、クランク軸１３に連結されており、第２アーム部材２２の一端部２２ａは、第１アーム部材２１の他端部２１ｂに回動可能に支持されている。そして、第１アーム部材２１および第２アーム部材２２は、クランクアーム２０がクランク軸１３の順回転方向Ｄ１に屈曲するように弾性部材２３、２５によって付勢されている。各クランクアーム２０が弾性部材２３、２５の付勢力によって屈曲しているので、運転者は、一方のペダル３０がペダル下死点に到達しようとする際、そのペダル３０をクランクアーム２０が伸びるように（つまり屈曲角αが小さくなるように）重力方向にさらに踏み込むことができる。これにより、ペダル下死点近傍において重力方向の踏力を推進力（回転力）に変換することが可能となる。また、クランクアーム２０はクランク軸１３の順回転方向Ｄ１に屈曲しているので、一方のペダル３０がペダル下死点に到達した時、他方のペダル３０は既にペダル上死点を通過してペダル上死点よりも車体前側に位置している。そのため、運転者は、ペダル上死点よりも前側に位置しているそのペダル３０を重力方向に踏み込むことで推進力を得ることができる。このように、本発明の実施形態による自転車１００では、一対のペダル３０が同時にペダル上死点およびペダル下死点に位置することがないので、ペダル３０の位相によらず、重力方向の踏み込みにより推進力を得ることができる。そのため、本発明の実施形態による自転車１００によれば、負荷の高い（つまり勾配の大きい）上り坂であっても楽に漕ぎ進むことが可能になる。さらに、クランクアーム２０が屈曲していることにより、ペダル上死点付近ではクランクアーム２０の回転半径が小さくなるので、運転者は足を上げる高さを従来よりも低くできる。そのため、運転者の姿勢が安定するという利点も得られる。

【0076】

ある実施形態において、ペダル上死点の位相角を０°とすると、前記一対のクランクアーム２０のそれぞれは、前記一対のペダル３０に荷重が加えられたときに９０°から１８０°までの範囲の少なくとも一部において当該クランクアーム２０が屈曲角αを小さくしながら回転するように構成されている。

【0077】

ある実施形態において、ペダル上死点の位相角を０°とすると、前記一対のクランクアーム２０のそれぞれは、前記一対のペダル３０に荷重が加えられたときに１２０°から１８０°までの範囲の少なくとも一部において当該クランクアーム２０が屈曲角αを小さくしながら回転するように構成されている。

【0078】

ある実施形態において、ペダル上死点の位相角を０°とすると、前記一対のクランクアーム２０のそれぞれは、前記一対のペダル３０に荷重が加えられたときに１８０°から２７０°までの範囲の少なくとも一部において当該クランクアーム２０が屈曲角αを大きくしながら回転するように構成されている。

【0079】

ある実施形態において、ペダル上死点の位相角を０°とすると、前記一対のクランクアーム２０のそれぞれは、前記一対のペダル３０に荷重が加えられたときに２７０°から９０°までの範囲の少なくとも一部において当該クランクアーム２０が屈曲角αを一定のままで回転するように構成されている。

【0080】

ある実施形態において、前記一対のクランクアーム２０のそれぞれは、前記一対のペダル３０に荷重が加えられて前記一対のペダル３０のうちの一方のペダル３０がペダル下死点に到達した時に他方のペダル３０がペダル上死点よりも車体前側に位置しているように構成されている。

【0081】

ある実施形態において、前記一対のペダル３０に荷重が加えられていないとき、前記一対のクランクアーム２０のそれぞれの屈曲角αは３０°以上１２０°以下である。

【0082】

楽に漕ぎ進むことができるという効果および運転者の姿勢が安定するという効果をより確実に得る（あるいはより高くする）観点からは、クランクアーム２０の屈曲角αはある程度以上大きいことが好ましい。具体的には、ペダル３０に荷重が加えられていないときの屈曲角αが３０°以上であることが好ましく、５０°以上であることがより好ましい。ただし、クランクアーム２０の屈曲角αが大きすぎると、ペダル上死点近傍において第１アーム部材２１と第２アーム部材２２との結合部分（関節部）がペダル３０を超えて運転者に近づいてしまうおそれがあるので、クランクアーム２０の屈曲角αは大きすぎないことが好ましい。具体的には、ペダル３０に荷重が加えられていないときの屈曲角αは１２０°以下であることが好ましく、１００°以下であることがより好ましい。

【0083】

ある実施形態において、前記第２アーム部材２２の長さは、前記第１アーム部材２１の長さの５０％以上２００％以下である。

【0084】

第２アーム部材２２が長すぎても短すぎても、踏み込んだときにペダル３０が重くて（つまり漕ぎ難くて）進みにくいおそれがある。そのため、第２アーム部材２２の長さは、第１アーム部材２１の長さの５０％以上２００％以下であることが好ましい。

【0085】

ある実施形態において、前記弾性部材２３、２５は、引張バネ２３またはねじりバネ２５である。

【0086】

弾性部材２３、２５としては、例えば、引張バネ２３またはねじりバネ２５を好適に用いることができる。

【0087】

ある実施形態において、前記弾性部材２３、２５は、前記引張バネ２３であり、前記引張バネ２３は、前記第１アーム部材２１および前記第２アーム部材２２に接続されている。前記引張バネ２３と前記第１アーム部材２１との接続箇所ｃｐ１は、前記第１アーム部材２１の長手方向の中心軸ａｘ１から前記クランク軸１３の順回転方向Ｄ１側にずれた位置にあり、前記引張バネ２３と前記第２アーム部材２２との接続箇所ｃｐ２は、前記第２アーム部材２２の長手方向の中心軸ａｘ２から前記クランク軸１３の順回転方向Ｄ１側にずれた位置にある。

【0088】

弾性部材２３、２５が引張バネ２３である場合、引張バネ２３と第１アーム部材２１との接続箇所ｃｐ１が第１アーム部材２１の長手方向の中心軸ａｘ１からクランク軸１３の順回転方向Ｄ１側にずれた位置にあり、且つ、引張バネ２３と第２アーム部材２２との接続箇所ｃｐ２が第２アーム部材２２の長手方向の中心軸ａｘ２からクランク軸１３の順回転方向Ｄ１側にずれた位置にあると、いったん伸びきったクランクアーム２０を順回転方向Ｄ１に屈曲した状態に戻すことが容易となる。

【0089】

ある実施形態において、前記弾性部材２３、２５は、車幅方向において前記第１アーム部材２１および前記第２アーム部材２２よりも外側に位置していない。

【0090】

弾性部材２３、２５が、車幅方向において第１アーム部材２１および第２アーム部材２２よりも（つまりクランクアーム２０よりも）外側に位置していないことにより、弾性部材２３、２５が運転者の足にとって邪魔にならない。弾性部材２３、２５は、車幅方向において第１アーム部材２１および第２アーム部材２２よりも内側に位置していてもよいし、車幅方向において第１アーム部材２１および第２アーム部材２２に重なっていてもよい。

【0091】

ある実施形態において、前記クランク軸１３の順回転方向Ｄ１を第１方向と呼び、前記クランク軸１３の逆回転方向Ｄ２を第２方向と呼ぶとき、前記一対のクランクアーム２０のそれぞれは、前記第２アーム部材２２の回動範囲の第１方向側端を規定する第１ストッパ部を有する。

【0092】

クランク軸１３の順回転方向Ｄ１を「第１方向」、逆回転方向Ｄ２を「第２方向」と呼ぶとき、各クランクアーム２０が、第２アーム部材２２の回動範囲の第１方向側端を規定する第１ストッパ部を有していると、回動範囲の一方の端（第１方向側端）を一意に定めることができる。

【0093】

ある実施形態において、前記一対のクランクアーム２０のそれぞれは、前記第２アーム部材２２の回動範囲の第２方向側端を規定する第２ストッパ部を有する。

【0094】

各クランクアーム２０が、第２アーム部材２２の回動範囲の第２方向側端を規定する第２ストッパ部を有していると、第２アーム部材２２の回動範囲の他方の端（第２方向側端）を一意に定めることができ、例えば、クランクアーム２０がクランク軸１３の逆回転方向Ｄ２に屈曲しないようにすることができる。

【0095】

本発明の実施形態による自転車用のクランクアーム２０は、一端部２１ａがクランク軸１３に連結された第１アーム部材２１と、一端部２２ａが前記第１アーム部材２１の他端部２１ｂに回動可能に支持された第２アーム部材２２であって、他端部２２ｂがペダル３０を支持する第２アーム部材２２と、前記クランクアーム２０が前記クランク軸１３の順回転方向Ｄ１に屈曲するように前記第１アーム部材２１および前記第２アーム部材２２を付勢する弾性部材２３、２５と、を備える。

【産業上の利用可能性】

【0096】

本発明の実施形態によると、上り坂においても楽に漕ぎ進むことができる自転車およびそのような自転車用のクランクアームを提供することができる。本発明の実施形態は、種々の自転車に広く適用することができる。

【符号の説明】

【0097】

１：車体フレーム、２：ヘッドチューブ、３：ダウンチューブ、４：シートチューブ、５：チェーンステー、６：シートステー、７：ボトムブラケット、８：フロントフォーク、９：ハンドル、１０：サドル、１１：前輪、１２：後輪、１３：クランク軸、２０：クランクアーム、２０Ａ：右クランクアーム、２０Ｂ：左クランクアーム、２１：第１アーム部材、２１ａ：第１アーム部材の一端部（基端部）、２１ｂ：第１アーム部材の他端部（先端部）、２１ｎ：第１アーム部材の切り欠き部、２２：第２アーム部材、２２ａ：第２アーム部材の一端部（基端部）、２２ｂ：第２アーム部材の他端部（先端部）２３：引張バネ、２４：ピン、２５：ねじりバネ、３０：ペダル、３０Ａ：右ペダル、３０Ｂ：左ペダル、３１：ペダル軸、３２：ペダル本体、１００：自転車、α：クランクアームの屈曲角、ａｘ１：第１アーム部材の長手方向の中心軸、ａｘ２：第２アーム部材の長手方向の中心軸、ｃｐ１：引張バネと第１アーム部材との接続箇所、ｃｐ２：引張バネと第２アーム部材との接続箇所、Ｄ１：クランク軸の順回転方向、Ｄ２：クランク軸の逆回転方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】