JP2001123947A - ペダル式人力空圧ポンプ - Google Patents
ペダル式人力空圧ポンプInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 震災現場において最も扱い易いエネルギー媒
体である空圧を人力により効率的に発生させ、空圧ジャ
ッキや空圧切断具等の空圧器械に迅速に空圧エネルギー
を供給してできる限り迅速に人命救出を実行できるペダ
ル式空圧ポンプを提供する。 【解決手段】 回転足踏み式ペダル９による回転動作を
直線動作に変換するリンク機構と、このリンク機構に連
結されたシリンダ装置とを備え、このシリンダ装置を空
圧タンクまたは空圧器械１０に接続した。
体である空圧を人力により効率的に発生させ、空圧ジャ
ッキや空圧切断具等の空圧器械に迅速に空圧エネルギー
を供給してできる限り迅速に人命救出を実行できるペダ
ル式空圧ポンプを提供する。 【解決手段】 回転足踏み式ペダル９による回転動作を
直線動作に変換するリンク機構と、このリンク機構に連
結されたシリンダ装置とを備え、このシリンダ装置を空
圧タンクまたは空圧器械１０に接続した。
Description
【発明の属する技術分野】本発明は回転足踏み式ペダル
により駆動される人力空圧ポンプに関し、特に震災時に
自転車のペダル駆動により簡易に迅速に使用可能なジャ
ッキとして適用できる人力空圧ポンプに関するものであ
る。
により駆動される人力空圧ポンプに関し、特に震災時に
自転車のペダル駆動により簡易に迅速に使用可能なジャ
ッキとして適用できる人力空圧ポンプに関するものであ
る。
【従来の技術】先の阪神大震災直後の被災者救出活動を
通して最も必要とされた機器は、埋れている人が出てこ
られるだけの空間を作るためのジャッキであったことが
指摘されている。一方、震災直後の悪環境において、電
気、ガス、水道といった既存のエネルギー経路網が寸断
された場合、特別なエネルギー供給源の存在しない環境
でジャッキを駆動することが要求される。そのため、人
力によって最も効率的にエネルギーを発生させる手段を
明らかにし、その実現のための装置を開発し設備するこ
とが次の震災への備えとして望まれる。従来まで利用さ
れてきた人力パワーによるジャッキ駆動方法として、図
１２（Ａ）に示す手動式空圧ポンプまたは同図（Ｂ）に
示す往復足踏み動作式空圧ポンプによる空圧生成が挙げ
られる。手動式空圧ポンプ１は、１ストローク当りの吸
気量を多く取得できるが、腕の力は比較的小さいため、
供給圧力を高くすることが困難であった。これに対し、
往復足踏み動作式空圧ポンプ２は、比較的大きい力を発
生でき、かつ両手で別の作業をして歩行動作の足踏みを
行いながらエネルギーを供給できる。しかしながら、こ
の往復足踏み動作式空圧ポンプは、１ストローク当りの
吸気量を多くすることが困難であり、その上、体重を支
えながら断続的な上下運動を伴うため疲労しやすいとい
う欠点があった。図１３は、手動式空圧ポンプと往復足
踏み動作式空圧ポンプによる作業時間と仕事量の関係を
示す実験結果のグラフである。実験は、質量３０ｋｇの
重りを高さＬだけ持上げる動作を繰り返し行った場合の
仕事量を測定したものである。ａはＬ＝１５ｃｍとした
片足踏みポンプの場合、ｂはＬ＝１５ｃｍとした手押し
ポンプの場合、ｃはＬ＝５５ｃｍとした手押しポンプの
場合、ｄはＬ＝５５ｃｍとした片足踏みポンプの場合、
ｅはＬ＝５５ｃｍとした両足踏みポンプの場合を示す。
図示したように、Ｌが大きくなると（グラフｃ，ｄ，
ｅ）単位時間あたりの仕事量が増えるが、手押しポンプ
の場合（グラフｃ）および両足踏み往復動作（グラフ
ｅ）の場合ともに疲労によりほぼ２分で続行不可能とな
っている。単位時間あたりの仕事量は両足踏みの空圧ポ
ンプが最も大きい（グラフｅ）。したがって、この両足
踏み型式のペダルで疲労しない型式のペダルが望まれ
る。
通して最も必要とされた機器は、埋れている人が出てこ
られるだけの空間を作るためのジャッキであったことが
指摘されている。一方、震災直後の悪環境において、電
気、ガス、水道といった既存のエネルギー経路網が寸断
された場合、特別なエネルギー供給源の存在しない環境
でジャッキを駆動することが要求される。そのため、人
力によって最も効率的にエネルギーを発生させる手段を
明らかにし、その実現のための装置を開発し設備するこ
とが次の震災への備えとして望まれる。従来まで利用さ
れてきた人力パワーによるジャッキ駆動方法として、図
１２（Ａ）に示す手動式空圧ポンプまたは同図（Ｂ）に
示す往復足踏み動作式空圧ポンプによる空圧生成が挙げ
られる。手動式空圧ポンプ１は、１ストローク当りの吸
気量を多く取得できるが、腕の力は比較的小さいため、
供給圧力を高くすることが困難であった。これに対し、
往復足踏み動作式空圧ポンプ２は、比較的大きい力を発
生でき、かつ両手で別の作業をして歩行動作の足踏みを
行いながらエネルギーを供給できる。しかしながら、こ
の往復足踏み動作式空圧ポンプは、１ストローク当りの
吸気量を多くすることが困難であり、その上、体重を支
えながら断続的な上下運動を伴うため疲労しやすいとい
う欠点があった。図１３は、手動式空圧ポンプと往復足
踏み動作式空圧ポンプによる作業時間と仕事量の関係を
示す実験結果のグラフである。実験は、質量３０ｋｇの
重りを高さＬだけ持上げる動作を繰り返し行った場合の
仕事量を測定したものである。ａはＬ＝１５ｃｍとした
片足踏みポンプの場合、ｂはＬ＝１５ｃｍとした手押し
ポンプの場合、ｃはＬ＝５５ｃｍとした手押しポンプの
場合、ｄはＬ＝５５ｃｍとした片足踏みポンプの場合、
ｅはＬ＝５５ｃｍとした両足踏みポンプの場合を示す。
図示したように、Ｌが大きくなると（グラフｃ，ｄ，
ｅ）単位時間あたりの仕事量が増えるが、手押しポンプ
の場合（グラフｃ）および両足踏み往復動作（グラフ
ｅ）の場合ともに疲労によりほぼ２分で続行不可能とな
っている。単位時間あたりの仕事量は両足踏みの空圧ポ
ンプが最も大きい（グラフｅ）。したがって、この両足
踏み型式のペダルで疲労しない型式のペダルが望まれ
る。
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
を考慮したものであって、震災現場において最も扱い易
いエネルギー媒体である空圧を人力により効率的に発生
させ、空圧ジャッキや空圧切断具等の空圧器械に迅速に
空圧エネルギーを供給してできる限り迅速に人命救出を
実行できるペダル式空圧ポンプの提供を目的とする。
を考慮したものであって、震災現場において最も扱い易
いエネルギー媒体である空圧を人力により効率的に発生
させ、空圧ジャッキや空圧切断具等の空圧器械に迅速に
空圧エネルギーを供給してできる限り迅速に人命救出を
実行できるペダル式空圧ポンプの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、回転足踏み式ペダルによる回転動作を
直線動作に変換するリンク機構と、このリンク機構に連
結されたシリンダ装置とを備え、このシリンダ装置を空
圧タンクまたは空圧器械に接続したことを特徴とするペ
ダル式人力空圧ポンプを提供する。この構成によれば、
ペダルの回転踏込み動作によって得る回転運動をリンク
機構によって直線運動に変換し、この直線運動によって
直動式（往復動作式）シリンダ装置のピストンを往復動
作させる。これにより、トグル機構を構成することがで
き、小さい力で大きな力を発生させるとともにペダル駆
動の負荷をほぼ一定に保つことができ、外部に対する仕
事へのエネルギー変換効率が高く長時間疲労しないで使
用し続けることができる空圧ポンプが得られる。この点
について図２および図３を参照してさらに説明する。図
２は、人力によるペダル操作において、ペダルの負荷
（横軸）に対する速度（黒丸）と出力パワー（白丸）の
関係を示すペダル特性のグラフである。人間の足による
ペダル運動の特性として、この図２に示すように負荷の
増加とともに速度が下がりながらも出力パワーを最大に
する最適な負荷が存在することが知られている。このた
め、ペダル運動において、足に与える負荷がこのピーク
の出力パワーが得られる負荷に維持されることが望まし
い。このようなピーク出力パワーを常に発生させる手段
として本発明では図３に示すようなトグル機構を用い
る。このトグル機構は、ペダル（図示しない）に連動し
て回転するプーリ３と、このプーリ３に連結されたリン
ク機構４と、このリンク機構４に連結されたシリンダ装
置５とからなる。リンク機構４はプーリ３の回転運動を
直線運動に変換する。このリンク機構４の端部に取付け
られたピストン６がシリンダ装置５内で往復直線運動す
る。図３（Ａ）に示すように、空気排出初期（押込み初
期）の段階では小力で高速の動きとなり、（Ｂ）に示す
ように、空気排出終期（押込み終期）の段階では大力で
低速の動きが得られる。したがって、力と速度の積であ
る出力パワーを一定に維持することが可能になる。この
ようなトグル機構を備えた本発明の好ましい構成例にお
いては、自転車の後輪に係合する回転伝達機構を設け、
この回転伝達機構にリンク駆動プーリを連結し、このリ
ンク駆動プーリに２つの前記リンク機構を相互に反対方
向の直線動作をするように装着し、これらのリンク機構
の各々に前記シリンダ装置を連結し、両シリンダ装置に
より交互に前記空圧タンクまたは空圧器械に圧縮空気を
供給する。この構成では、図６に示すように、ペダル軸
１２廻りに対称的に回転する一対のペダル１３ａ，１３
ｂをそれぞれリンク機構４ａ，４ｂに連結し、これらの
リンク機構により相互に反対方向に直線動作する２つの
トグル機構を構成し、これらのトグル機構により、２つ
のシリンダ装置５ａ，５ｂを相互に逆方向に駆動して、
一方が吐出動作しているときは他方を吸入動作させ、一
定のペダル踏力で一定回転させながら効率よく２つのシ
リンダ装置を駆動して、圧縮空気を例えば空圧タンク１
１に送出することができる。さらに好ましい構成例で
は、前記シリンダ装置を空圧ジャッキに接続したことを
特徴としている。この構成では、特に震災時に必要とな
る空圧ジャッキに本発明の空圧ポンプを適用することに
より、倒壊構造物や瓦礫等を迅速に持上げて埋れた人の
救出に寄与することができる。
め、本発明では、回転足踏み式ペダルによる回転動作を
直線動作に変換するリンク機構と、このリンク機構に連
結されたシリンダ装置とを備え、このシリンダ装置を空
圧タンクまたは空圧器械に接続したことを特徴とするペ
ダル式人力空圧ポンプを提供する。この構成によれば、
ペダルの回転踏込み動作によって得る回転運動をリンク
機構によって直線運動に変換し、この直線運動によって
直動式（往復動作式）シリンダ装置のピストンを往復動
作させる。これにより、トグル機構を構成することがで
き、小さい力で大きな力を発生させるとともにペダル駆
動の負荷をほぼ一定に保つことができ、外部に対する仕
事へのエネルギー変換効率が高く長時間疲労しないで使
用し続けることができる空圧ポンプが得られる。この点
について図２および図３を参照してさらに説明する。図
２は、人力によるペダル操作において、ペダルの負荷
（横軸）に対する速度（黒丸）と出力パワー（白丸）の
関係を示すペダル特性のグラフである。人間の足による
ペダル運動の特性として、この図２に示すように負荷の
増加とともに速度が下がりながらも出力パワーを最大に
する最適な負荷が存在することが知られている。このた
め、ペダル運動において、足に与える負荷がこのピーク
の出力パワーが得られる負荷に維持されることが望まし
い。このようなピーク出力パワーを常に発生させる手段
として本発明では図３に示すようなトグル機構を用い
る。このトグル機構は、ペダル（図示しない）に連動し
て回転するプーリ３と、このプーリ３に連結されたリン
ク機構４と、このリンク機構４に連結されたシリンダ装
置５とからなる。リンク機構４はプーリ３の回転運動を
直線運動に変換する。このリンク機構４の端部に取付け
られたピストン６がシリンダ装置５内で往復直線運動す
る。図３（Ａ）に示すように、空気排出初期（押込み初
期）の段階では小力で高速の動きとなり、（Ｂ）に示す
ように、空気排出終期（押込み終期）の段階では大力で
低速の動きが得られる。したがって、力と速度の積であ
る出力パワーを一定に維持することが可能になる。この
ようなトグル機構を備えた本発明の好ましい構成例にお
いては、自転車の後輪に係合する回転伝達機構を設け、
この回転伝達機構にリンク駆動プーリを連結し、このリ
ンク駆動プーリに２つの前記リンク機構を相互に反対方
向の直線動作をするように装着し、これらのリンク機構
の各々に前記シリンダ装置を連結し、両シリンダ装置に
より交互に前記空圧タンクまたは空圧器械に圧縮空気を
供給する。この構成では、図６に示すように、ペダル軸
１２廻りに対称的に回転する一対のペダル１３ａ，１３
ｂをそれぞれリンク機構４ａ，４ｂに連結し、これらの
リンク機構により相互に反対方向に直線動作する２つの
トグル機構を構成し、これらのトグル機構により、２つ
のシリンダ装置５ａ，５ｂを相互に逆方向に駆動して、
一方が吐出動作しているときは他方を吸入動作させ、一
定のペダル踏力で一定回転させながら効率よく２つのシ
リンダ装置を駆動して、圧縮空気を例えば空圧タンク１
１に送出することができる。さらに好ましい構成例で
は、前記シリンダ装置を空圧ジャッキに接続したことを
特徴としている。この構成では、特に震災時に必要とな
る空圧ジャッキに本発明の空圧ポンプを適用することに
より、倒壊構造物や瓦礫等を迅速に持上げて埋れた人の
救出に寄与することができる。
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態に
係る空圧ポンプの使用例の概略図である。この図は、自
転車７のペダル９を漕いで本発明の空圧ポンプ８を駆動
し、空圧ジャッキ１０を作動させて、震災時に倒壊構造
物を持上げて埋れた人の救助活動をしている図である。
図４はこの実施形態の空圧ポンプの構成図であり、
（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は後面図であ
る。図から分るように、この空圧ポンプ８は、台１５上
に搭載され、２つの並列配置したシリンダ装置１６ａ，
１６ｂを備えている。各シリンダ装置１６ａ，１６ｂは
それぞれリンク機構２１ａ，２１ｂを介してタイミング
プーリ１７に連結される。これらのリンク機構１６ａ，
１６ｂは、タイミングプーリ１７の回転運動を直線往復
運動に変換してシリンダ装置１６ａ，１６ｂを交互に逆
方向に駆動する。タイミングプーリ１７は回転伝達機構
１８を介して自転車の後輪１４から回転力を受ける。こ
の回転伝達機構１８は、自転車の後輪１４に圧接してこ
の後輪により回転駆動されるローラ１７と、このローラ
１７の垂直方向の回転軸方向を水平方向に変換するベベ
ルギヤ１８と、ベベルギヤ１８の水平回転軸に装着され
たタイミングプーリ１９と、このタイミングプーリ１９
と前記台１５上のタイミングプーリ１７を連結するタイ
ミングベルト２０とにより構成される。このように構成
された回転伝達機構１８は前記台１５に一体接合された
プレート２２に装着される。なお、回転伝達手段とし
て、タイミングプーリ１７，１９およびタイミングベル
ト２０の組合せに代えて、チェーンとスプロケットある
いは歯車を用いることもできる。このような構成の空圧
ポンプ８を用いる場合、後輪１４をスタンドで浮せた自
転車のペダルを人間が漕ぎ、このペダル運動によって回
転する後輪１４から、ローラ１７、ベベルギヤ１８、タ
イミングプーリ１９、タイミングベルト２０およびタイ
ミングプーリ１７を介してリンク機構２１ａ，２１ｂを
交互に往復動作させシリンダ装置１６ａ，１６ｂを駆動
する。この場合、一方のシリンダ装置が吸気過程の間、
他方のシリンダ装置が排気過程となるように２気筒のシ
リンダ装置１６ａ，１６ｂが備る。ペダルの負荷につい
ては、前述の図２に示したピーク出力の最適負荷の値が
得られるようにペダル１回転に対するシリンダ装置の往
復回数を設定しておく。このようなシリンダ装置の往復
回数の設定は実験等により求められ、発明者の実験の一
例によれば、ペダル１回転あたりシリンダ装置が８往復
する減速比の構成のときにピーク出力パワーが得られる
最適負荷となった。このような構成の空圧ポンプ８を用
いて、前記２つのシリンダ装置１６ａ，１６ｂを空圧ジ
ャッキ（図示しない）に接続し、既存の手動式および足
踏み式空圧ポンプとの特性を比較した実験を行った。実
験は、各々のポンプの時間効率を比較するためのもの
と、（人間）−（自転車＋ジャッキ）間の変換効率を比
較するためのものとを行った。時間効率を比較するため
の実験として、推定重量２００ｋｇｆ（質量２００ｋ
ｇ）の物体を空圧ジャッキによって５０ｍｍ浮上させる
のに要した時間を計測した。実験の結果、従来の手動式
ポンプは２３．８９秒、従来の足踏み式ポンプは５１．
９１秒、本発明のペダル式ポンプは１５．０３秒であっ
た。これにより、本発明のペダル式人力ポンプは、従来
の既存の人力ポンプより時間効率の点から優れているこ
と、すなわち短時間で空気を圧送することができ、例え
ばジャッキとして適用した場合、短時間で重い物体を持
上げることができることが明らかとなった。また、外部
に対する仕事への変換効率を比較するための実験とし
て、前述の物体を浮上させる仕事を複数回連続して繰り
返し、そのときの各回数における単位時間あたりのシリ
ンダからの排気量を計測した。具体的には、１回を３０
秒として最大限の力で各ポンプを駆動して５秒間の休み
を入れたインターバルでポンプ駆動動作を繰り返した。
図５は、その実験結果である。縦軸は各回ごとの吸気
量、すなわちシリンダ装置から排出されて空圧ジャッキ
に送り込まれる空気量を示す。図において、ａは手動式
ポンプ、ｂは本発明のペダル式ポンプ、ｃはシリンダ装
置を手動で駆動した場合のポンプ、ｄは従来の足踏み式
ポンプを示す。この実験結果が示すように、ポンプの使
用開始直後には手動式ポンプａの排出空気量が最も大き
いが、回数を重ねるごとにその値が落ちるのに対し、本
発明のペダル式ポンプｂは、常に一定の排出空気量を維
持している。これは、手動式ポンプａは、エネルギーロ
スが大きいため使用時間が経過していくにしたがって疲
労が大きくなり排気量が低下するのに対し、本発明のペ
ダル式ポンプはエネルギーの変換効率が高く、長時間使
用しても疲労しにくいため一定の排気量を維持し続ける
ことができるからである。図７は、本発明の空圧ポンプ
を空圧ジャッキに接続した場合の回路構成図である。本
発明の空圧ポンプ８を構成する２つの並列したシリンダ
装置１６ａ，１６ｂは、それぞれ吐出用の逆止弁２３
ａ，２３ｂを介して空圧ジャッキ１０に接続される。各
シリンダ装置１６ａ，１６ｂにはそれぞれ吸入用の逆止
弁２４ａ，２４ｂが接続される。各シリンダ装置１６
ａ，１６ｂは、交互に、一方が吐出動作をして逆止弁２
３ａまたは２３ｂを介して空圧ジャッキ１０に空気を供
給し、他方が吸入動作をして逆止弁２４ｂまたは２４ａ
を介してシリンダ内に空気を吸引する。図８は、本発明
の別の実施形態を示す。この実施形態は、本発明の自転
車のペダル駆動による空圧ポンプ８をエアタンク１１に
接続して圧縮空気を貯蔵し、これをエアソー２６に接続
して切断作業に用いたものである。図９は、本発明のさ
らに別の実施形態を示す。この実施形態は、本発明の自
転車のペダル駆動による空圧ポンプ８をエアタンク１１
に接続して圧縮空気を貯蔵し、これをエアガン２７に接
続して天井や壁材の固定具の打ち付け作業に用いたもの
である。図１０は、本発明のさらに別の実施形態を示
す。この実施形態は、自転車に小型空圧タンク２８を搭
載し、本発明に係る空圧ポンプ（図示しない）をこの小
型空圧タンク２８に接続して、通常走行時に随時タンク
内に圧縮空気を供給し、上り坂等の負荷が大きくなる走
行時に、切換え機構を介してタンクからの圧縮空気によ
りペダルを駆動またはペダル踏力を補助するように構成
したものである。図１１は、このような空圧自転車の回
路構成図である。前述の図７と同様の構成の空圧ポンプ
８の吐出側逆止弁２３ａ，２３ｂに、貯蔵空気用配管３
０を介して空圧タンク２８が接続される。この貯蔵空気
用配管３０の途中に運転モード切換え機構３１が装着さ
れる。各シリンダ装置１６ａ，１６ｂにはさらに、吐出
側逆止弁２３ａ，２３ｂに接続する配管から分岐して、
駆動空気用配管２９ａ，２９ｂが接続され、この駆動空
気用配管２９ａ，２９ｂを介して各シリンダ装置と空圧
タンク２８が接続される。この駆動空気用配管２９ａ，
２９ｂの途中に前記運転モード切換え機構３１およびシ
リンダ切換え弁３２が装着される。運転モード切換え機
構３１は、通常走行時あるいは停車して後輪をスタンド
で浮せた状態で、空圧タンク２８内に圧縮空気を送り込
んで貯蔵するポンプモードと、空圧タンク２８内に貯蔵
された高圧空気を動力源として用い、この高圧空気でシ
リンダ装置をポンプ動作と逆に動作させてペダルを駆動
するモータモードとを切換えるものである。シリンダ切
換え弁３２は、タイミングプーリ１７に同期して空圧タ
ンク２８とシリンダ装置１６ａ，１６ｂのうち何れか一
方とを接続し他方を大気に開放するものである。図示し
た状態は、モータモードを示し、空圧タンク２８からの
圧縮空気を図の上側のシリンダ装置１６ｂに供給してピ
ストン２５ｂを矢印Ｄ方向に押圧してタイミングプーリ
１７を駆動し、下側のシリンダ装置１６ａではピストン
２５ａが矢印Ｅ方向に移動してシリンダの空気を逃して
いる状態を示す。運転モード切換え機構３１をポンプモ
ードに切換えると、空圧タンク２８からシリンダ装置へ
高圧空気を供給する駆動空気用配管２９ａ，２９ｂは遮
断され、シリンダ装置側から空圧タンク２８へ貯蔵空気
用配管３０を通して圧縮空気が送り込まれる。
の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態に
係る空圧ポンプの使用例の概略図である。この図は、自
転車７のペダル９を漕いで本発明の空圧ポンプ８を駆動
し、空圧ジャッキ１０を作動させて、震災時に倒壊構造
物を持上げて埋れた人の救助活動をしている図である。
図４はこの実施形態の空圧ポンプの構成図であり、
（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は後面図であ
る。図から分るように、この空圧ポンプ８は、台１５上
に搭載され、２つの並列配置したシリンダ装置１６ａ，
１６ｂを備えている。各シリンダ装置１６ａ，１６ｂは
それぞれリンク機構２１ａ，２１ｂを介してタイミング
プーリ１７に連結される。これらのリンク機構１６ａ，
１６ｂは、タイミングプーリ１７の回転運動を直線往復
運動に変換してシリンダ装置１６ａ，１６ｂを交互に逆
方向に駆動する。タイミングプーリ１７は回転伝達機構
１８を介して自転車の後輪１４から回転力を受ける。こ
の回転伝達機構１８は、自転車の後輪１４に圧接してこ
の後輪により回転駆動されるローラ１７と、このローラ
１７の垂直方向の回転軸方向を水平方向に変換するベベ
ルギヤ１８と、ベベルギヤ１８の水平回転軸に装着され
たタイミングプーリ１９と、このタイミングプーリ１９
と前記台１５上のタイミングプーリ１７を連結するタイ
ミングベルト２０とにより構成される。このように構成
された回転伝達機構１８は前記台１５に一体接合された
プレート２２に装着される。なお、回転伝達手段とし
て、タイミングプーリ１７，１９およびタイミングベル
ト２０の組合せに代えて、チェーンとスプロケットある
いは歯車を用いることもできる。このような構成の空圧
ポンプ８を用いる場合、後輪１４をスタンドで浮せた自
転車のペダルを人間が漕ぎ、このペダル運動によって回
転する後輪１４から、ローラ１７、ベベルギヤ１８、タ
イミングプーリ１９、タイミングベルト２０およびタイ
ミングプーリ１７を介してリンク機構２１ａ，２１ｂを
交互に往復動作させシリンダ装置１６ａ，１６ｂを駆動
する。この場合、一方のシリンダ装置が吸気過程の間、
他方のシリンダ装置が排気過程となるように２気筒のシ
リンダ装置１６ａ，１６ｂが備る。ペダルの負荷につい
ては、前述の図２に示したピーク出力の最適負荷の値が
得られるようにペダル１回転に対するシリンダ装置の往
復回数を設定しておく。このようなシリンダ装置の往復
回数の設定は実験等により求められ、発明者の実験の一
例によれば、ペダル１回転あたりシリンダ装置が８往復
する減速比の構成のときにピーク出力パワーが得られる
最適負荷となった。このような構成の空圧ポンプ８を用
いて、前記２つのシリンダ装置１６ａ，１６ｂを空圧ジ
ャッキ（図示しない）に接続し、既存の手動式および足
踏み式空圧ポンプとの特性を比較した実験を行った。実
験は、各々のポンプの時間効率を比較するためのもの
と、（人間）−（自転車＋ジャッキ）間の変換効率を比
較するためのものとを行った。時間効率を比較するため
の実験として、推定重量２００ｋｇｆ（質量２００ｋ
ｇ）の物体を空圧ジャッキによって５０ｍｍ浮上させる
のに要した時間を計測した。実験の結果、従来の手動式
ポンプは２３．８９秒、従来の足踏み式ポンプは５１．
９１秒、本発明のペダル式ポンプは１５．０３秒であっ
た。これにより、本発明のペダル式人力ポンプは、従来
の既存の人力ポンプより時間効率の点から優れているこ
と、すなわち短時間で空気を圧送することができ、例え
ばジャッキとして適用した場合、短時間で重い物体を持
上げることができることが明らかとなった。また、外部
に対する仕事への変換効率を比較するための実験とし
て、前述の物体を浮上させる仕事を複数回連続して繰り
返し、そのときの各回数における単位時間あたりのシリ
ンダからの排気量を計測した。具体的には、１回を３０
秒として最大限の力で各ポンプを駆動して５秒間の休み
を入れたインターバルでポンプ駆動動作を繰り返した。
図５は、その実験結果である。縦軸は各回ごとの吸気
量、すなわちシリンダ装置から排出されて空圧ジャッキ
に送り込まれる空気量を示す。図において、ａは手動式
ポンプ、ｂは本発明のペダル式ポンプ、ｃはシリンダ装
置を手動で駆動した場合のポンプ、ｄは従来の足踏み式
ポンプを示す。この実験結果が示すように、ポンプの使
用開始直後には手動式ポンプａの排出空気量が最も大き
いが、回数を重ねるごとにその値が落ちるのに対し、本
発明のペダル式ポンプｂは、常に一定の排出空気量を維
持している。これは、手動式ポンプａは、エネルギーロ
スが大きいため使用時間が経過していくにしたがって疲
労が大きくなり排気量が低下するのに対し、本発明のペ
ダル式ポンプはエネルギーの変換効率が高く、長時間使
用しても疲労しにくいため一定の排気量を維持し続ける
ことができるからである。図７は、本発明の空圧ポンプ
を空圧ジャッキに接続した場合の回路構成図である。本
発明の空圧ポンプ８を構成する２つの並列したシリンダ
装置１６ａ，１６ｂは、それぞれ吐出用の逆止弁２３
ａ，２３ｂを介して空圧ジャッキ１０に接続される。各
シリンダ装置１６ａ，１６ｂにはそれぞれ吸入用の逆止
弁２４ａ，２４ｂが接続される。各シリンダ装置１６
ａ，１６ｂは、交互に、一方が吐出動作をして逆止弁２
３ａまたは２３ｂを介して空圧ジャッキ１０に空気を供
給し、他方が吸入動作をして逆止弁２４ｂまたは２４ａ
を介してシリンダ内に空気を吸引する。図８は、本発明
の別の実施形態を示す。この実施形態は、本発明の自転
車のペダル駆動による空圧ポンプ８をエアタンク１１に
接続して圧縮空気を貯蔵し、これをエアソー２６に接続
して切断作業に用いたものである。図９は、本発明のさ
らに別の実施形態を示す。この実施形態は、本発明の自
転車のペダル駆動による空圧ポンプ８をエアタンク１１
に接続して圧縮空気を貯蔵し、これをエアガン２７に接
続して天井や壁材の固定具の打ち付け作業に用いたもの
である。図１０は、本発明のさらに別の実施形態を示
す。この実施形態は、自転車に小型空圧タンク２８を搭
載し、本発明に係る空圧ポンプ（図示しない）をこの小
型空圧タンク２８に接続して、通常走行時に随時タンク
内に圧縮空気を供給し、上り坂等の負荷が大きくなる走
行時に、切換え機構を介してタンクからの圧縮空気によ
りペダルを駆動またはペダル踏力を補助するように構成
したものである。図１１は、このような空圧自転車の回
路構成図である。前述の図７と同様の構成の空圧ポンプ
８の吐出側逆止弁２３ａ，２３ｂに、貯蔵空気用配管３
０を介して空圧タンク２８が接続される。この貯蔵空気
用配管３０の途中に運転モード切換え機構３１が装着さ
れる。各シリンダ装置１６ａ，１６ｂにはさらに、吐出
側逆止弁２３ａ，２３ｂに接続する配管から分岐して、
駆動空気用配管２９ａ，２９ｂが接続され、この駆動空
気用配管２９ａ，２９ｂを介して各シリンダ装置と空圧
タンク２８が接続される。この駆動空気用配管２９ａ，
２９ｂの途中に前記運転モード切換え機構３１およびシ
リンダ切換え弁３２が装着される。運転モード切換え機
構３１は、通常走行時あるいは停車して後輪をスタンド
で浮せた状態で、空圧タンク２８内に圧縮空気を送り込
んで貯蔵するポンプモードと、空圧タンク２８内に貯蔵
された高圧空気を動力源として用い、この高圧空気でシ
リンダ装置をポンプ動作と逆に動作させてペダルを駆動
するモータモードとを切換えるものである。シリンダ切
換え弁３２は、タイミングプーリ１７に同期して空圧タ
ンク２８とシリンダ装置１６ａ，１６ｂのうち何れか一
方とを接続し他方を大気に開放するものである。図示し
た状態は、モータモードを示し、空圧タンク２８からの
圧縮空気を図の上側のシリンダ装置１６ｂに供給してピ
ストン２５ｂを矢印Ｄ方向に押圧してタイミングプーリ
１７を駆動し、下側のシリンダ装置１６ａではピストン
２５ａが矢印Ｅ方向に移動してシリンダの空気を逃して
いる状態を示す。運転モード切換え機構３１をポンプモ
ードに切換えると、空圧タンク２８からシリンダ装置へ
高圧空気を供給する駆動空気用配管２９ａ，２９ｂは遮
断され、シリンダ装置側から空圧タンク２８へ貯蔵空気
用配管３０を通して圧縮空気が送り込まれる。
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ペダ
ルの回転踏込み動作によって得る回転運動をリンク機構
によって直線運動に変換し、この直線運動によって直動
式（往復動作式）シリンダ装置のピストンを往復動作さ
せることによりトグル機構を構成することができ、小さ
い力で大きな力を発生させるとともにペダル駆動の負荷
をほぼ一定に保つことができ、外部に対する仕事へのエ
ネルギー変換効率が高く長時間疲労しないで使用し続け
ることができる空圧ポンプが得られる。これにより、震
災時等において、簡易に且つ短時間で空圧ジャッキ等を
駆動して被災者救済活動を迅速に行うことができる。
ルの回転踏込み動作によって得る回転運動をリンク機構
によって直線運動に変換し、この直線運動によって直動
式（往復動作式）シリンダ装置のピストンを往復動作さ
せることによりトグル機構を構成することができ、小さ
い力で大きな力を発生させるとともにペダル駆動の負荷
をほぼ一定に保つことができ、外部に対する仕事へのエ
ネルギー変換効率が高く長時間疲労しないで使用し続け
ることができる空圧ポンプが得られる。これにより、震
災時等において、簡易に且つ短時間で空圧ジャッキ等を
駆動して被災者救済活動を迅速に行うことができる。
【図１】 本発明の実施の形態の概略図。
【図２】 本発明が適用されるペダル特性のグラフ。
【図３】 本発明が適用されるトグル機構の説明図。
【図４】 本発明に係る空圧ポンプの一例の構成図。
【図５】 各種人力ポンプによる疲労ぐあいを示す説明
グラフ。
グラフ。
【図６】 本発明に係る空圧ポンプの一例の構成説明
図。
図。
【図７】 本発明に係る空圧ポンプの一例の回路構成
図。
図。
【図８】 本発明の別の実施形態の概略図。
【図９】 本発明のさらに別の実施形態の概略図。
【図１０】 本発明のさらに別の実施形態の概略図。
【図１１】 図１０の実施形態の回路構成図。
【図１２】 従来の人力空圧ポンプの説明図。
【図１３】 手動式空圧ポンプと往復足踏み動作式空圧
ポンプによる作業時間と仕事量の関係を示す実験結果の
グラフ。
ポンプによる作業時間と仕事量の関係を示す実験結果の
グラフ。
１：手動式空圧ポンプ、２：往復足踏み動作式空圧ポン
プ、３：プーリ、４：リンク機構、５：シリンダ装置、
６：ピストン、７：自転車、８：空圧ポンプ、９：ペダ
ル、１０：空圧ジャッキ、１１：空圧タンク、１２：ペ
ダル軸、１３ａ，１３ｂ：ペダル、１４：後輪、１５：
台、１６ａ，１６ｂ：シリンダ装置、１７：タイミング
プーリ、１８：回転伝達機構、１９：タイミングプー
リ、２０：タイミングベルト、２１ａ，２１ｂ：リンク
機構、２２：プレート、２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４
ｂ：逆止弁、２５ａ，２５ｂ：ピストン、２６：エアソ
ー、２７：エアガン、２８：空圧タンク、２９ａ，２９
ｂ：駆動空気用配管、３０：貯蔵空気用配管、３１：運
転モード切換え機構、３２：シリンダ切換え弁
プ、３：プーリ、４：リンク機構、５：シリンダ装置、
６：ピストン、７：自転車、８：空圧ポンプ、９：ペダ
ル、１０：空圧ジャッキ、１１：空圧タンク、１２：ペ
ダル軸、１３ａ，１３ｂ：ペダル、１４：後輪、１５：
台、１６ａ，１６ｂ：シリンダ装置、１７：タイミング
プーリ、１８：回転伝達機構、１９：タイミングプー
リ、２０：タイミングベルト、２１ａ，２１ｂ：リンク
機構、２２：プレート、２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４
ｂ：逆止弁、２５ａ，２５ｂ：ピストン、２６：エアソ
ー、２７：エアガン、２８：空圧タンク、２９ａ，２９
ｂ：駆動空気用配管、３０：貯蔵空気用配管、３１：運
転モード切換え機構、３２：シリンダ切換え弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H076 AA02 AA03 AA05 AA32 AA33 AA34 AA35 AA37 AA39 BB28 BB41 BB43 BB50 CC08 CC10 CC15 CC16
Claims (3)
- 【請求項１】回転足踏み式ペダルによる回転動作を直線
動作に変換するリンク機構と、このリンク機構に連結さ
れたシリンダ装置とを備え、このシリンダ装置を空圧タ
ンクまたは空圧器械に接続したことを特徴とするペダル
式人力空圧ポンプ。 - 【請求項２】自転車の後輪に係合する回転伝達機構を設
け、この回転伝達機構にリンク駆動プーリを連結し、こ
のリンク駆動プーリに２つの前記リンク機構を相互に反
対方向の直線動作をするように装着し、これらのリンク
機構の各々に前記シリンダ装置を連結し、両シリンダ装
置により交互に前記空圧タンクまたは空圧器械に圧縮空
気を供給することを特徴とする請求項１に記載のペダル
式人力空圧ポンプ。 - 【請求項３】前記シリンダ装置を空圧ジャッキに接続し
たことを特徴とする請求項１または２に記載のペダル式
人力空圧ポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30269099A JP2001123947A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | ペダル式人力空圧ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30269099A JP2001123947A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | ペダル式人力空圧ポンプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001123947A true JP2001123947A (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=17912029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30269099A Pending JP2001123947A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | ペダル式人力空圧ポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001123947A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101227460B1 (ko) | 2011-06-03 | 2013-02-21 | 주식회사 프론텍 | 잭 구동장치가 형성된 타이어 액체 주입장치 |
| JP2014534121A (ja) * | 2011-11-23 | 2014-12-18 | アギローネ, マルチェロAGHILONE, Marcello | 自転車用空気圧縮装置 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52128107U (ja) * | 1976-03-25 | 1977-09-29 | ||
| JPS53131204U (ja) * | 1978-03-20 | 1978-10-18 | ||
| JPS5419310U (ja) * | 1977-07-11 | 1979-02-07 | ||
| JPS54167405U (ja) * | 1978-05-16 | 1979-11-26 | ||
| JPS5536939U (ja) * | 1978-08-30 | 1980-03-10 | ||
| JPS61137889U (ja) * | 1985-02-15 | 1986-08-27 | ||
| JPH101292A (ja) * | 1997-01-30 | 1998-01-06 | Mitsuhiro Fujiwara | 防災用具 |
| JPH115197A (ja) * | 1997-06-12 | 1999-01-12 | Koichi Nakamura | 家庭用廃棄物処理装置 |
| JPH1179027A (ja) * | 1997-09-12 | 1999-03-23 | Teikoku Sen I Co Ltd | レスキュー用自動二輪車 |
-
1999
- 1999-10-25 JP JP30269099A patent/JP2001123947A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040330 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040427 |
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| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
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| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20040827 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060706 |