【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pedal mechanism for rotating a pedal shaft of a bicycle.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to run a bicycle 1 as shown in FIG. 10, a wheel 4 is rolled by putting a foot on a pedal 2 and rotating a pedal shaft 3. However, in order to simply make the pedal 2 circularly move, the change in the force to be applied from the foot to the pedal 2 and the exercise ability of the foot were not taken into consideration.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The inventor of the present invention has intensively studied to find out the cause of such a problem and to solve the problem, and as a result, the present invention has been achieved.
[0004]
That is, an object of the present invention is to efficiently roll the wheels 4 by using a pedal mechanism that takes into account changes in the force to be applied from the foot to the pedal and the movement ability of the foot.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The pedal mechanism according to the present invention is provided with a fixed link fixed to a bicycle frame, a swing link pin-connected to the fixed link, a pin connected at one end to the swing link, and a pedal at the other end. A drive link and an interlocking link fixedly connected to the pedal shaft while being pin-connected to the drive link, wherein the pedal makes a long closed curve motion in the vertical direction.
[0006]
In the pedal mechanism of the present invention, the fixed link, the oscillating link, the drive link, and the interlocking link form a four-node chain having one degree of freedom with the fixed link as a fixed node. The closed curve is an ellipse, an ellipse, a closed parabola, or the like.
[0007]
The pedal mechanism according to the present invention is characterized in that, in the pedal mechanism, the pedal performs the closed curve movement on the front side of the bicycle with respect to the pedal shaft.
[0008]
The pedal mechanism according to the present invention is characterized in that in the pedal mechanism, a position at which the drive link is pin-coupled to the interlocking link can be changed.
[0009]
The pedal mechanism according to the present invention is characterized in that, in the pedal mechanism, an intermediate portion of the drive link is pin-connected to the interlocking link.
[0010]
The pedal mechanism according to the present invention is characterized in that in the pedal mechanism, the length of the drive link is two to ten times the length of the interlocking link.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of a pedal mechanism according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
1 and 2, reference numeral 10 denotes a pedal mechanism of the present invention. The pedal mechanism 10 includes a swing link 14 that is pin-connected to the frame 12 of the bicycle 11, a drive link 22 that has one end 16 connected to the swing link 14 and a pedal 20 provided on the other end 18 side, The pedal mechanism includes an interlocking link 26 that is pin-connected to the drive link 22 and fixed to the pedal shaft 24. That is, in the pedal mechanism 10, the frame 12 is a fixed joint, and the swing link 14, the drive link 22, and the interlocking link 26 form a four-joint chain with one degree of freedom. As shown in FIG. 3, the pedal mechanism 10 performs a motion in which the pedal 20 draws a closed curve 28 on the front side of the bicycle 11 with respect to the pedal shaft 24.
[0013]
The swing link 14 is pin-coupled via a pin coupling member 30 fixed to the frame 12, and is configured to be parallel to the frame 12 with the drive link 22 in the horizontal direction. Since the drive link 22 is parallel to the frame 12 in the horizontal direction, the appearance is preferable. The drive link 22 is, for example, configured to be twice as long as a conventional pedal crank. The interlocking link 26 is configured so that the length between the pins is １ ／ of the drive link 22.
[0014]
When driving the bicycle 11 having such a pedal mechanism 10, when the foot is applied to the pedal 20 to apply a force, the other end 18 of the drive link 22 moves downward. When the other end 18 of the drive link 22 moves downward, the link 26 rotates and the pedal shaft 24 rotates. When the pedal shaft 24 rotates, the rear wheel rotates via a chain (not shown), and the bicycle 11 runs. At this time, the swing link 14 performs a reciprocating swing motion within a certain range.
[0015]
When the pedal 20 is in the vicinity of most front, as shown in FIG. 4, the instantaneous center of speed of the drive link 22 is O 1. In the state shown in FIG. 1, the pin 15 connects the swing link 14 and the drive link 22. This makes it possible to realize a structure in which the distance from the pedal 20 to the momentary center is longer and the movement of the pedal 20 in the front-rear direction is smaller than in the conventional mechanism in which the momentary center is always the pedal shaft 24. Further, when the pedal 20 that needs to apply the greatest force to the pedal 20 is near the forefront, the force of the foot can be efficiently converted into the rotational force of the pedal shaft 24. Further, since the length of the drive link 22 is, for example, four times the length of the interlocking link 26, the force can be efficiently converted to the rotational force of the pedal shaft 24.
[0016]
FIG. 5 is a view simulating the movement of the foot of the pedal mechanism 10 of the present invention, and FIG. 6 is a view simulating the movement of the foot of the conventional pedal mechanism 50. For pedal mechanism 10, the maximum rotation angle theta 1 of the thighs 32 whereas a 47.6 °, when the pedal mechanism 100, the maximum rotation angle theta 1 of the thighs 32 is 49 °. Therefore, the rotation angle of the thigh 32 is reduced. In the case of the pedal mechanism 10, the maximum rotation angle θ 2 of the shin 34 is θ 3 −θ 4 = 122.3 ° −60.6 ° = 61.7 °, whereas in the case of the pedal mechanism 100, the maximum rotation angle theta 2 of the shin 34 is θ 3 -θ 4 = 120.8 ° -54.8 ° = 66 °. Therefore, the rotation angle of the shin 34 is reduced. Since the rotation angle of the thigh 32 is reduced and the rotation angle of the shin 34 is reduced, at least the movement of the foot can operate the pedal mechanism 10.
[0017]
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the pedal mechanism of this invention can be implemented also in another form.
[0018]
For example, the pedal mechanism 10 shown in FIG. 7 may be used. This pedal mechanism 10 can change the position where the drive link 22 is pin-coupled to the interlocking link 26 by the pin 23. When the pin is connected near the middle of the interlocking link 26 as shown in FIG. 8, the pedal 20 performs a closed curve movement ahead of the pedal shaft 24 as in FIG. As shown in FIG. 9, when a pin is connected near the root of the interlocking link 26, the pedal 20 performs a smaller closed-curve motion, and the swing angle of the swing link 14 becomes smaller. For this reason, it can be adjusted according to the dimensions of the body.
[0019]
Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the present invention is not limited to the illustrated ones. For example, the pedal mechanism of the present invention may be used for a tricycle, a vehicle toy, or the like.
[0020]
In addition, the technical scope of the present invention includes embodiments in which various improvements, corrections, and modifications are made based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the gist of the invention. In addition, the invention may be embodied in a form in which one of the invention-specifying matters is replaced with another technique within a range in which the same operation or effect is generated.
[0021]
【The invention's effect】
According to the pedal mechanism of the present invention, the provision of the four-bar linkage enables the pedal to perform a long closed curve motion in the vertical direction. Here, it is empirically known that when a human rotates the pedal with his / her foot, a force is applied mainly from above to below. For this reason, the pedal mechanism of the present invention can efficiently convert the force of the foot into the rotational force of the pedal by setting the pedal motion trajectory corresponding to the direction in which the force is applied. In addition, by providing the pedal near the other end of the drive link, the distance from the pedal to the instantaneous center can be increased and the force can be applied efficiently.
[0022]
Further, according to the pedal mechanism of the present invention in which the pedal performs a closed curve motion in the forward direction of the bicycle, the bicycle can be run by moving the pedal only forward of the pedal shaft. Therefore, the bicycle can be run while minimizing the amount of forward and backward movement of the foot, and the burden on the foot can be reduced. Also, the bicycle can be made compact.
[0023]
Further, according to the pedal mechanism of the present invention, which can change the position at which the drive link is pin-coupled to the interlocking link, the shape and size of the movement locus of the pedal can be changed according to the size of the body and the leg strength. In addition, the shape and dimensions of the movement locus of the pedal can be changed in consideration of the space.
[0024]
Further, according to the pedal mechanism of the present invention in which the intermediate portion of the drive link is pin-connected to the interlocking link, the same weight is applied to the left and right with the pin connected to the interlocking link as a fulcrum. Therefore, the load on the foot caused by the weight of the drive link can be minimized.
[0025]
Further, in the pedal mechanism of the present invention, in which the length of the drive link is twice to ten times the length of the interlocking link, the amount of vertical movement of the pedal is the same as the conventional one, but the amount of movement in the front-rear direction is small. It is configured to have a smaller dimensional ratio. According to such a pedal mechanism, when the pedal is located forward, the instantaneous center of the drive link coincides with the pin connecting the swing link and the drive link, so that the force applied to the pedal can be efficiently used. Can be converted to the rotation of the link.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a pedal mechanism of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the pedal mechanism of FIG. 1;
FIG. 3 is a side view showing the operation of the pedal mechanism shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a side view showing the operation of the pedal mechanism of FIG. 1;
FIG. 5 is a side view showing the operation of the pedal mechanism shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a side view showing the operation of the pedal mechanism shown in FIG. 1;
FIG. 7 is a side view showing another embodiment of the pedal mechanism of the present invention.
FIG. 8 is a side view showing the operation of the pedal mechanism of FIG. 7;
FIG. 9 is a side view showing the operation of the pedal mechanism shown in FIG. 7;
FIG. 10 is a side view showing a conventional bicycle.
[Explanation of symbols]
10: pedal mechanism 11: bicycle 12: frame 14: swing link 16: one end 18: other end 20: pedal 22: drive link 24: pedal shaft 26: interlocking link 28: closed curve 30: pin connecting member
