(57)【要約】【課題】効率的に足の力を付加してペダルを回転させるペダル機構を提供する。【解決手段】ペダル機構１０を、自転車１１のフレーム１２にピン結合した揺動リンク１４と、一端１６側を揺動リンク１４にピン結合するとともに他端１８側にぺダル２０を設けた駆動リンク２２と、駆動リンク２２にピン結合するとともにペダル軸２４に固定した連動リンク２６とを備えて構成した。すなわち、ペダル機構１０は、フレーム１２を固定節として、揺動リンク１４、駆動リンク２２及び連動リンク２６によって一自由度の４節連鎖を形成している。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車のフレームにピン結合した揺動リンクと、一端側を該揺動リンクにピン結合するとともに他端側にぺダルを設けた駆動リンクと、該駆動リンクにピン結合するとともにペダル軸に固定した連動リンクとを備えるペダル機構であり、該ペダルが上下方向に長い閉曲線運動をするペダル機構。
【請求項２】
前記ペダルが前記ペダル軸よりも自転車の前方側において前記閉曲線運動を行う請求項１に記載するペダル機構。
【請求項３】
前記駆動リンクを前記連動リンクへピン結合する位置を変更できる請求項１又は請求項２に記載するペダル機構。
【請求項４】
前記駆動リンクの中間部を前記連動リンクへピン結合した請求項１乃至請求項３のいずれかに記載するペダル機構。
【請求項５】
前記駆動リンクの長さが前記連動リンクの長さの２倍乃至１０倍である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載するペダル機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自転車のペダル軸を回転させるペダル機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図１０に示すような自転車１を走行させるために、ペダル２に足を掛けてペダル軸３を回転させることにより、車輪４を転動させている。しかし、ペダル２を単に円運動させるため、足からペダル２へ付加すべき力の変化や足の運動能力を考慮したものではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者は、このような課題の原因を究明してこのような課題を解決するべく、鋭意研究を重ねた結果、本発明に至ったのである。
【０００４】
すなわち、本発明は、足からペダルへ付加すべき力の変化や足の運動能力を考慮したペダル機構とすることにより、効率良く車輪４を転動させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のペダル機構は、自転車のフレームに固定された固定リンクと、該固定リンクにピン結合した揺動リンクと、一端側を該揺動リンクにピン結合するとともに他端側にぺダルを設けた駆動リンクと、該駆動リンクにピン結合するとともにペダル軸に固定した連動リンクとを備えるペダル機構であり、該ペダルが上下方向に長い閉曲線運動をすることを特徴とする。
【０００６】
本発明のペダル機構において、固定リンク、揺動リンク、駆動リンク、及び連動リンクは、固定リンクを固定節として一自由度の４節連鎖を構成する。閉曲線とは楕円、長円、又は閉じた放物線等である。
【０００７】
本発明のペダル機構は、前記ペダル機構において、前記ペダルが前記ペダル軸よりも自転車の前方側において前記閉曲線運動を行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明のペダル機構は、前記ペダル機構において、前記駆動リンクを前記連動リンクへピン結合する位置を変更できることを特徴とする。
【０００９】
本発明のペダル機構は、前記ペダル機構において、前記駆動リンクの中間部を前記連動リンクへピン結合したことを特徴とする。
【００１０】
本発明のペダル機構は、前記ペダル機構において、駆動リンクの長さが連動リンクの長さの２倍乃至１０倍であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るペダル機構の実施の形態について、図面に基づいて詳しく説明する。
【００１２】
図１及び図２において、符号１０は、本発明のペダル機構である。このペダル機構１０は、自転車１１のフレーム１２にピン結合した揺動リンク１４と、一端１６側を揺動リンク１４にピン結合するとともに他端１８側にぺダル２０を設けた駆動リンク２２と、駆動リンク２２にピン結合するとともにペダル軸２４に固定した連動リンク２６とを備えるペダル機構である。すなわち、ペダル機構１０は、フレーム１２を固定節として、揺動リンク１４、駆動リンク２２及び連動リンク２６によって一自由度の４節連鎖を形成している。このペダル機構１０は、図３に示すように、ペダル２０がペダル軸２４よりも自転車１１の前方側において閉曲線２８を描く運動を行う。
【００１３】
揺動リンク１４は、フレーム１２に固定したピン結合部材３０を介してピン結合され、駆動リンク２２が水平方向となった状態でフレーム１２と平行になるように構成されている。駆動リンク２２が水平方向となった状態でフレーム１２と平行であるため、外観上好ましい。駆動リンク２２は、例えば、従来のペダルクランクの２倍の長さに構成されている。連動リンク２６は、ピン間の長さが駆動リンク２２の１／４に構成されている。
【００１４】
このようなペダル機構１０を備えた自転車１１を運転する場合、足をペダル２０に掛けて力を付加すると駆動リンク２２の他端１８が下方向へ移動する。駆動リンク２２の他端１８が下方向へ移動することにより、連動リンク２６が回転してペダル軸２４が回転する。ペダル軸２４が回転することにより図示しないチェーンを介して後輪が回転し、自転車１１が走行する。この時、揺動リンク１４は、一定範囲内で往復揺動運動を行う。
【００１５】
ペダル２０が最前方付近にある時、図４に示すように、駆動リンク２２の速度の瞬間中心は、Ｏ１　である。また、図１の状態では、揺動リンク１４と駆動リンク２２を連結するピン１５である。これにより、瞬間中心が常にペダル軸２４であった従来の機構に比して、ペダル２０から瞬間中心までの距離が長く、ペダル２０の前後方向の動きを少なくする構造を実現できる。また、ペダル２０に最も大きな力を加える必要のあるペダル２０が最前方付近にある時において、足の力を効率的にペダル軸２４の回転力に変換できる。さらに、駆動リンク２２の長さが連動リンク２６の長さの例えば４倍であることにより、の力を効率的にペダル軸２４の回転力に変換できる。
【００１６】
図５は本発明のペダル機構１０について足の動きをシュミレーションした図であり、図６は従来のペダル機構５０について足の動きをシュミレーションした図である。ペダル機構１０の場合、太股３２の最大回転角θ１　は４７．６°であるのに対して、ペダル機構１００の場合、太股３２の最大回転角θ１　は４９°である。このため、太股３２の回転角が小さくなる。また、ペダル機構１０の場合、脛３４の最大回転角θ２　はθ３　−θ４　＝１２２．３°−６０．６°＝６１．７°であるのに対して、ペダル機構１００の場合、脛３４の最大回転角θ２　はθ３　−θ４　＝１２０．８°−５４．８°＝６６°である。このため、脛３４の回転角が小さくなる。太股３２の回転角が小さくなり、脛３４の回転角が小さくなるため、足の動きが少なくとも、ペダル機構１０を作動させることができる。
【００１７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明のペダル機構は、その他の形態でも実施し得るものである。
【００１８】
例えば、図７に示すペダル機構１０であっても良い。このペダル機構１０は、駆動リンク２２をピン２３によって連動リンク２６へピン結合する位置を変更できる。図８に示すように連動リンク２６の中間付近にピン結合した場合は、図３と同様に、ペダル２０はペダル軸２４よりも前方で閉曲線運動を行う。図９に示すように連動リンク２６の根元付近にピン結合した場合は、ペダル２０は、より小さな閉曲線運動を行い、揺動リンク１４の揺動角度も小さくなる。このため、身体の寸法等に応じて調節できる。
【００１９】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、本発明は図示したものに限定されない。例えば、本発明のペダル機構を、三輪車又は乗り物玩具等に使用しても良い。
【００２０】
その他、本発明の技術的範囲には、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良，修正，変形を加えた態様も含まれる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、いずれかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のペダル機構によれば、４節連鎖機構を備えることにより、ペダルが上下方向に長い閉曲線運動を行う。ここで、人間が足でペダルを回転させる場合、主に上から下方向へ力を付加することが経験則上知られている。このため、本発明のペダル機構は、力を付加する方向に対応したペダル運動軌跡とすることにより、足の力を効率的にペダルの回転力へ変換できる。また、ペダルを駆動リンク他端側の端部付近に備えることにより、ペダルから瞬間中心までの距離を長くして力を効率的に加えることができる。
【００２２】
また、ペダルが自転車の前方向において閉曲線運動を行う本発明のペダル機構によれば、ペダル軸よりも前方においてのみペダルを動かして自転車を走行させることができる。このため、足の前後方向の運動量を最小にしながらも自転車を走行させることができ、足の負担を少なくできる。また、自転車をコンパクトに構成することも可能となる。
【００２３】
また、駆動リンクを連動リンクへピン結合する位置を変更できる本発明のペダル機構によれば、身体の寸法や脚力に応じて、ペダルの運動軌跡の形状及び寸法を変更できる。また、スペースを考慮してペダルの運動軌跡の形状及び寸法を変更できる。
【００２４】
また、駆動リンクの中間部を前記連動リンクへピン結合した本発明のペダル機構によれば、連動リンクに結合するピンを支点として、左右に同じ自重が負荷されることとなる。このため、駆動リンクの重量によって生じる足への負荷を最小限にすることができる。
【００２５】
また、駆動リンクの長さが連動リンクの長さの２倍乃至１０倍である本発明のペダル機構は、ペダルの上下方向の動き量が従来と同程度でありながらも前後方向の動き量が少なくなる寸法比率に構成されている。また、このようなペダル機構によれば、ペダルが前方に位置する時に、駆動リンクの瞬間中心が揺動リンクと駆動リンクとを結合するピンに一致することにより、ペダルに加えた力を効率的に連動リンクの回転に変換できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のペダル機構を示す側面図である。
【図２】図１のペダル機構を示す平面図である。
【図３】図１のペダル機構の作動を示す側面図である。
【図４】図１のペダル機構の作動を示す側面図である。
【図５】図１のペダル機構の作動を示す側面図である。
【図６】図１のペダル機構の作動を示す側面図である。
【図７】本発明のペダル機構の他の実施形態を示す側面図である。
【図８】図７のペダル機構の作動を示す側面図である。
【図９】図７のペダル機構の作動を示す側面図である。
【図１０】従来の自転車を示す側面図である。
【符号の説明】
１０：ペダル機構
１１：自転車
１２：フレーム
１４：揺動リンク
１６：一端
１８：他端
２０：ペダル
２２：駆動リンク
２４：ペダル軸
２６：連動リンク
２８：閉曲線
３０：ピン結合部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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