(57)【要約】【課題】  自転車の回転形ペダルの代りに、揺動形ペダルを適用し、回転形ペダルの回転周期に対し、揺動形ペダルによる簡単な揺動動作の周期を短縮し、ペダルより車輪への伝動手段に、簡単なリンク機構と一方向クラッチとを採用し、摩擦損失を低減して伝動効率を向上すると共に、車体の軽量化を図ることとしている。【解決手段】  車体の下位に横設した支軸の両端部に、一対のベルクランクを支点位において揺動自在に軸支し、該クランクの長杆自由端にペダルを横設し、短杆自由端に連結線材の一端をピン連結し、車体両側のステー後端部の軸受に車軸を軸支して車輪を軸止し、該軸両端部に一対の一方向クラッチを嵌着し、同クラッチ筐体に凸設したアーム凸端に連結線材の他端をピン連結し、ペダル踏力を同クラッチへ伝動して車輪を駆動可能とし、また、ペダルを上限位へ復帰するよう付勢手段を付設している。【選択図】図４
0003128299.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
車体の下位に横設した支軸の両端部に、一対のベルクランクを支点位において揺動自在に軸支し、該クランクの長杆の自由端外側にペダルを横設し、短杆の自由端に連結線材の一端をピン連結し、車体両側のステー後端部の軸受に軸支した車軸に車輪を軸止し、同軸両端部に一対の一方向クラッチを嵌着し、同クラッチ筐体に凸設したアームの凸端部に上記連結線材の他端をピン連結して、ペダルに加える踏力を同アーム、一方向クラッチを経て車輪へ伝動可能とし、車体とベルクランクとの間には、バネを掛架して、常時、ペダルを揺動行程の上限位へ回動するよう付勢してなる揺動形ペダルを着装する自転車。
【請求項２】
車体の下位に横設した支軸の両端部に、一対のベルクランクを支点位において揺動自在に軸支し、該クランクの長杆の自由端外側にペダルを横設し、短杆の自由端に連結線材の一端をピン連結し、車体両側のステー後端部の軸受に軸支した車軸に車輪を軸止し、同軸両端部に一対の一方向クラッチを嵌着し、同クラッチ筐体に凸設したアームの凸端部に上記連結線材の他端をピン連結して、ペダルに加える踏力を同アーム、一方向クラッチを経て車輪へ伝動可能とし、長杆の支点側方へ、バランスウェイトを延設し、同ウェイトにより、常時、ペダルを揺動行程の上限位へ回動するよう加重することにより付勢してなる揺動形ペダルを着装する自転車。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、自転車の回転形ペダルの代りに、上下に往復揺動するペダルを介して車輪を駆動する自転車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、通常の自転車は、回転形ペダルの、所謂、踏み足行程においては、ペダルの１回転行程の前方上位の起点より下位への回動角、ほぼ１００〜１３０度において、脚部の伸張動作によりペダルへの踏圧力を車輪駆動力に変換し、続いて、同１回転行程の残余の回動角、ほぼ２６０〜２３０度において、所謂、引き足行程に移行し、踏み足行程の起点位へ復帰するが、脚部は屈曲動作となり、車輪駆動力は殆ど得られず、単にペダルを踏み足行程の起点位へ復帰する動作となる。【０００３】  また、回転形ペダルの代りに、上下に往復揺動するペダルを適用する自転車に係る文献として、次の特許文献がある。
【特許文献１】特開２００１−１９９３７５
【特許文献２】特開平１１−７９０５０
【特許文献３】実用新案登録３１０００３５号
【特許文献４】特開２００５−２８０６７１  そして、上記の実施例は、何れも、上下に往復揺動するペダルにより、回転形クランクにおける上記ペダルの回転行程の代わりに、揺動行程に置き換えて動作の単純化ないし効率向上を図るものであるが、チェン・スプロケット、歯付き歯車・ベルト又は歯車など、複雑な構成の伝動手段を併用している。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】  回転形ペダルの自転車においては、ペダルの踏み足行程の回転角度及び引き足行程のペダルの回転角度は、上述の通りであって、１回転行程において、引き足行程の占める回転角度の割合は、ほぼ６０〜７０％に達し、ペダルの回転周期を冗長にする要因となっており、また、ペダルの回転円周に追従して複雑な脚部屈伸動作を伴っている。  そして、上記特許文献における上下に往復揺動するペダルを適用する自転車は、回転形クランクの複雑な脚部屈伸動作を伴う回転行程の代わりに、ペダル揺動動作の単純な揺動行程に置き換えてペダル作動の効率向上を図るものであるが、ペダルより車輪への伝動手段はクランク、チェン・スプロケット、歯付き歯車・ベルト又は歯車などであって、通常の自転車より複雑な構成要素を含み、製造原価が嵩み、一般に普及し難い問題がある。【０００５】  本考案は、従来の技術におけるこのような問題点に鑑みてなされものであり、その目的とするところは、通常の自転車における回転形ペダルの代りに揺動形ペダルを適用することにより、回転形ペダルの回転周期に対し、揺動形ペダルによる単純な揺動動作の周期を短縮し、ペダルより車輪への伝動手段に、簡単なリンク機構と一方向クラッチとを採用し、摩擦損失を低減して伝動効率を向上すると共に、車体の軽量化を図ることとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記目的を達成するために、本考案の揺動形ペダルを着装する自転車は、車体の下位に横設した支軸の両端部に、一対のベルクランクを支点位において揺動自在に軸支し、該クランクの長杆の自由端外側にペダルを横設し、短杆の自由端に連結線材の一端をピン連結し、車体両側のステー後端部の軸受に軸支した車軸に車輪を軸止し、同軸両端部に一対の一方向クラッチを嵌着し、同クラッチ筐体に凸設したアームの凸端部に上記連結線材の他端をピン連結して、ペダルに加える踏力を同アーム、一方向クラッチを経て車輪へ伝動可能とし、車体とベルクランクとの間には、バネを掛架して、常時、ペダルを揺動行程の上限位へ回動するよう付勢している。【０００７】  上記の課題解決手段による作用は次の通りである。  すなわち、ペダルの踏み足行程において、一側のペダルをベルクランクの支点回りに上限位の踏み足行程起点より下限位の終点側へ踏圧するとき、ペダルへの踏力は、順次、同クランクの短杆側自由端、連結線材、一方向クラッチのアームを経て一方向クラッチを噛み合い位置へ変位し、車軸を介して車輪へ伝動して駆動し、このとき、車体とベルクランクとの間に掛架したバネは、同クランク及びペダルの上限位の起点側へ復帰するに必要なバネ力を付勢され、次に、引き足行程において、該バネ力は、クランクの短杆側自由端より、連結線材、一方向クラッチ外位のアームへ伝動して一方向クラッチを空転位置へ変位し、車軸及び車輪を空転状態とすると共に、ペダルを上限位の起点側へ復帰してペダル揺動の１行程を遂行する。  そして、上記の引き足行程と同時に他側の踏み足行程を並行し、両側のペダルを交互に揺動操作することにより、車輪の連続駆動を行うこととしている。【０００８】  また、他の実施例として、上記構成において、車体とベルクランクとの間に掛架したバネの代りに、長杆の支点軸受側方へ、バランスウェイトを延設し、同ウェイトにより、常時、ペダルを揺動行程の上限位へ回動するよう加重することにより付勢してなり、上記バネの付勢による作用と同等の作用を可能としている。
【考案の効果】
【０００９】  請求項１及び請求項２の揺動形ペダルを着装する自転車においては、ベルクランクのペダルを車体上限位の踏み足行程起点位より下限位の終点側へ揺動する踏み足行程において、ペダルへの踏力を、順次、同クランクの短杆の自由端、連結線材、一方向クラッチ筐体に凸設したアームへ伝動し、一方向クラッチを噛み合い位置へ変位して車軸ないし車輪を駆動する極めて簡単、且つ、伝動力の摩擦損失の少ないリンク機構の伝動手段により、高効率の伝動を行うことができる。【００１０】  また、回転形ペダルの踏み足行程と引き足行程との１回転において、引き足行程に要するのペダルの回転角度は、約２６０〜２３０度であって、１回転の６０〜７０％を占め、１回転周期を冗長にしているが、揺動形ペダルによれば、踏み足行程と引き足行程との揺動角度は等しく、両行程とも１揺動行程の５０％となり、回転形ペダルの１回転周期に比し、揺動形ペダルの揺動行程の周期を短縮し、また、回転形ペダルの行程における脚部の屈伸動作はペダルの回転に追従する複雑な動作であるが、往復揺動形ペダルにおける脚部の動作は単純な上下への屈伸動作となり、ペダルの操作を容易にすると共に操作速度を向上することができる。【００１１】  そして、両側のペダルより車輪駆動力への踏力の伝動系は、それぞれ独立系としており、利き足の往復揺動行程の固有周期と非利き足の同固有周期との差異が生じても、互いに干渉することなく、円滑に操作を行うことができる。  また、必要に応じて、１方のペダルを単独に操作して使用することもできる。  さらに、回転形ペダルにおいては、ペダルの回転経路は、強制的にペダルの回転半径の円周に沿い、脚部の屈伸動作が不自然になるが、往復揺動形ペダルにおいては、回転形ペダルの回転半径より大きい揺動半径を設定し、踏み足行程の上限位の起点よりやや前方に下限位の終点位置を設定して、脚部の屈伸動作を無理なく容易に行うことができる。  従って、福祉用具の分野において、歩行機能回復を要する場合、及び、脚の屈伸機能が回転形のクランクの回転動作に適応しない場合においても、単純な脚部の屈伸動作によりペダルを揺動して車輪駆動力を得る本考案の揺動形クランクを着装する自転車を適用することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１２】  考案の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して次に説明する。
【実施例１】
【００１３】  図１ないし図８において、車体１の下位に横設した支軸２の両端部に、ベルクランク３を支点軸受３ａを嵌設して揺動自在に軸支し、該クランクの長杆３ｂの自由端外側にペダル４を横設し、短杆３ｃの自由端に連結線材５の一端をピン連結し、車体両側のステー１ａ後端部の軸受１ｂに車軸６ａを軸支し、同軸に車輪６を軸止し、同軸両端部に一対の一方向クラッチ７を嵌着し、同クラッチ筐体に凸設したアーム７ａの凸端部に上記連結線材５の他端をピン連結して、ペダル４に加える踏力を同アーム及び一方向クラッチ７ないし車輪６へ伝動可能とし、車体１とベルクランク３との間には、バネ８を掛架して、常時、ペダル４を揺動行程の上限位へ回動するよう付勢している。【００１４】  図３において、車軸３ａ周辺要部詳細の断面図を示し、車体両側のステー１ａ後端部の軸受１ｂに車軸３ａを軸支し、同軸中央部に車輪６をハブ６ｂにより軸止し、同軸両端部に一対の一方向クラッチ７を嵌着し、同クラッチ筐体にそれぞれ一対のアーム７ａを凸設し、該アーム凸端部に上記連結線材５をピン連結している。【００１５】  以下、上記構成の動作を説明する。  一方のペダル４を上限位より下方へ踏圧する行程、所謂、踏み足行程において、ペダルへの踏力を、ベルクランクの長杆３ｂより短杆３ｃ、連結材５、一方向クラッチ７のアーム７ａへ伝動し、一方向クラッチ７を噛み合い位置へ変位して車軸６ａないし車輪６を駆動すると共に、上記ペダル４を揺動行程の上限位へ回動するよう付勢したバネ力を増強して踏み足行程を終了し、所謂、引き足行程に移行すると、踏み足行程において増強されたバネ力により、ペダル４を上限位へ復帰すると共に、同バネ力は短杆３ｃ側自由端より、連結線材５、一方向クラッチ７外位のアーム７ａへ伝動し、同クラッチを空転位置へ変位して車軸６ａないし車輪６を空転状態とするが、一方の踏み足行程と他方の引き足行程とを交互に反復して車輪を連続的に駆動することとしている。
【実施例２】
【００１６】  また、図６〜図８に示す実施例は、上記構成のものにおいて、車体１とベルクランク３との間の付勢手段としてのバネ８の代りに、長杆３ｂの支点軸受３ａ側方への延長側に、バランスウェイト３ｄを連設し、同ウェイトにより、常時、ペダルを揺動行程の上限位へ回動するよう加重することにより付勢してなり、上記バネの付勢による作用と同等の作用を可能としている。【００１７】  以下、上記実施例２の構成の動作を説明する。  一方のペダル４を上限位より下方へ踏圧する踏み足行程において、ペダルにかかる踏力を、ベルクランクの長杆３ｂより、短杆３ｃ、連結材５、一方向クラッチ７のアーム７ａ、一方向クラッチ７の噛み合い位置ないし車軸６ａを経て伝動して車輪６を駆動し、このとき、バランスウェイト３ｄにより、上位より下限位側へ復帰するよう加重して付勢され、踏み足行程を終了し、ペダル４の引き足行程において、同ウェイトの付勢により、ペダル４を上限位へ揺動して復帰すると共に、同ウェイトの付勢を、短杆３ｃの自由端より、連結線材５、一方向クラッチ７の筐体に凸設したアーム７ａ及び一方向クラッチ７へ伝動し、同クラッチを空転位置へ変位し、車軸６ａと共に車輪６を空転することとなるが、両側のペダルの揺動行程を交互に反復することにより、車輪を連続的に駆動することとしている。【００１８】  図８及び図９においてベルクランク３より車輪６へのリンク機構による伝動系統の線図を示し、図８は、同クランクの長杆３ｂ及びペダル４の上限位を起点とする踏み足行程の初期状況の概要を示し、図９は、長杆３ｂ及びペダル４の下限位の終点における踏み足行程の終期状況の概要を示し、図中のＦ１をベルクランク３の長杆３ｂ側のペダル揺動半径Ｒ１におけるペダル踏力とするとき、同クランクの短杆３ｃ揺動半径Ｒ２端部に呈する接線方向の接線力Ｆ２は数１の値となる。
【数１】
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Ｆ２の連結線材方向とＲ２方向の分力は、それぞれ数２に示すＦ３及びＦ４の値となる。
【数２】
0003128299.tif 000004
但し、αはベルクランクの短杆３ｃ側と連結線材５とのなす角度とする。
Ｆ３は連結線材の張力としてアーム７ａの揺動半径Ｒ３端部へ伝動し、半径Ｒ３方向分力Ｆ５と、アーム半径Ｒ３端部の接線方向の分力Ｆ６として伝動し、それぞれ数３の値となる。
【数３】
0003128299.tif 000005
但し、βはアーム７ａと連結線材とのなす角度とする。
従って、ペダル踏力Ｆ１はベルクランク３、連結線材５を経てアーム７ａの半径Ｒ３端部の接線方向の分力Ｆ６により、数４に示す車輪駆動トルクＴを伝動する。
【数４】
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そして、図８に示すペダル４の踏み足行程の起点と、図９に示す同行程の終点との踏み足行程区間において、短杆３ｃと連結線材５とのなす角度αの変化による数２及び数３におけるＦ３の変化は比較的小さいため、連結線材５を介してアーム７ａへ伝動するＦ３の値をほぼ一定と看なして、数４の駆動トルクＴを近似的にβのみの関数とすると、図１０のβ−Ｔ座標において、駆動トルクＴは、ｓｉｎカーブの実線部分に示す変動を呈し、行程中途においてβが９０度のとき、最大駆動トルクＴｍａｘを生じるが、車体、車輪及び搭乗者の慣性により、トルク変動は平準化され、同踏み足行程区間において変動する駆動
0003128299.tif 000007
のとき、他方のペダルを引き足行程として、双方のペダルの揺動行程を継続的に交互に反復して車輪を連続的に駆動することとしている。【００１９】  なお、図中のθ１はペダル４の往復揺動行程上限位と、下限位との行程間におけるベルクランク３の揺動角、θ２はベルクランク３より連結線材５を介して一方向クラッチのアーム７ａへ伝動する揺動角であって、ペダル及びベルクランクの揺動角θ１とアームの揺動角θ２との比率は、ペダル及びベルクランクとアームないし車輪との角速度比に相等する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】  揺動形ペダルを着装する自転車の側面の立面図である。
【図２】  揺動形ペダルを着装する自転車の平面図である。
【図３】  揺動形ペダルを着装する自転車の車軸周辺の、断面詳細図である。
【図４】  図１の要部詳細の立面図である。
【図５】  図４の平面図である。
【図６】  揺動形ペダルを着装する自転車の他の実施例の側面の立面図である。
【図７】  図６の３，３ｂ，３ｃ及び３ｄ部分の斜視図である。
【図８】  揺動形ペダルを着装する自転車の３ｂ上限位における伝動系の概要を示す線図である。
【図９】  揺動形ペダルを着装する自転車の３ｂ下限位における伝動系の概要を示す線図である。
【図１０】  図８のβ及び図９のβの区間における駆動トルクＴ（実線部分）変動の曲線図である。
【符号の説明】
【００２１】１        車体
１ａ      ステー
１ｂ      軸受
２        支軸
３        ベルクランク
３ａ      支点軸受
３ｂ      長杆
３ｃ      短杆
３ｄ      バランスウェイト
４        ペダル
５        連結線材
６        車輪
６ａ      車軸
６ｂ      ハブ
７        一方向クラッチ
７ａ      アーム
８        バネ
θ１      ベルクランクの揺動角
θ２      アームの揺動角
Ｒ１      ベルクランクの長杆側ペダルの揺動半径
Ｒ２      ベルクランクの短杆側端部の揺動半径
Ｒ３      アームの揺動半径
Ｆ１      ペダル踏力
Ｆ２      伝動踏力（ベルクランクの短杆半径端部接線方向への伝動踏力）
Ｆ３      Ｆ２の連結線材方向の分力
Ｆ４      Ｆ２の短杆半径方向の分力
Ｆ５      Ｆ３のアーム半径方向の分力
Ｆ６      Ｆ３のアーム半径端部接線方向の分力
Ｔ        車輪駆動トルク
Ｔｍａｘ  最大駆動トルク
0003128299.tif 000008
α        ベルクランクの短杆と連結線材とのなす角度
β        アームと連結線材とのなす角度
【図１】
0003128299.tif 000009
【図２】
0003128299.tif 000010
【図３】
0003128299.tif 000011
【図４】
0003128299.tif 000012
【図５】
0003128299.tif 000013
【図６】
0003128299.tif 000014
【図７】
0003128299.tif 000015
【図８】
0003128299.tif 000016
【図９】
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【図１０】
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