JP2015058881A - 立ち乗り式自転車のペダル構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 立ち乗り式自転車に簡単な機構で変速機能を実現できる技術を提供する。【解決手段】 左右方向のアーム軸の周りに揺動可能なアームの後端近くに配設された左右方向のペダル軸の周りに揺動可能にペダルが配設された構造において、アーム下死点においてはペダル踏面が略水平な角度を取り得ると同時にアーム上死点においては後傾角を取り得ないようなペダル軸周り揺動角規制機構を設け、ペダル踏面中央部に踏力を掛けた場合はアームがアームストッパに当るまで下降できると同時にペダル踏面後端に踏力を掛けた場合はアームがアームストッパに当るより先にペダルストッパがペダル後端に当ってアームの下降を止めるように配設し、乗員がペダルへ掛ける踏力の中心を（踏面中央）⇔（踏面後端）に変えることにより、アームのアーム軸周りモーメントアーム長と揺動範囲を変化させて、（低トルク＆高速）⇔（高トルク＆低速）の変速機能を実現させる。【選択図】図１

Description

乗員が立ち乗りした左右のペダルを上下に往復させることにより推進する自転車のペダル構造に関する。

乗員が立ち乗りの姿勢でペダルを上下に往復させ、これをリヤホイールの回転に変えて推進する自転車が発表されているが、変速を必要とする場合には従来の自転車の内装式変速機構を採用することを想定していた（特許文献１の図６参照。）。

しかし、この立ち乗り式自転車ではリヤホイールの両側に駆動用チェーンが配されるので、従来の内装式変速機構をそのままリヤハブ内に流用することは出来なかった。

特開２０１０−２６０４５７

本発明は、上記背景技術に述べた立ち乗り式自転車への従来の内装式変速機構の流用が簡単でない現状に鑑みてなされたもので、ペダルの上下往復運動という立ち乗り式自転車の特徴に着目し、内装式変速機構を使わずに同様の働きを実現する、すなわち、簡単な機構で立ち乗り式自転車に変速機能を与えることを目的とする。

そして、本発明は上記目的を達成するために、左右方向のアーム軸の周りに搖動可能なアームの後端近傍に配設された左右方向のペダル軸の周りに搖動可能にペダルが配設された構造であって、ペダルがペダル軸の前後に亘る踏面を有し、かつ踏面がアームの下死点において略水平な角度を取り得ると同時にアームの上死点において後傾角を取り得ないようにペダル軸周りの回転を規制するペダル回転規制部を有し、アームに当ってアームの下降を止めるアームストッパとペダル後端に当ってペダル後端の下降を止めるペダルストッパとを有し、ペダルを後傾方向に回転させてペダル回転規制部が働いた状態にしてアームを下降させた場合には、アームストッパがアームに当るより先にペダルストッパがペダル後端に当って下降の動きを止めるように配設されたものである。

本案によれば、ペダルの踏面の中央部に踏力を負荷した場合、アームが上死点から下降するにつれ踏面は水平とのなす角度が例えば２０度の前傾角から角度を減じていくが、乗員の自然な足の角度に従って水平に近い角度になりアームがアームストッパに当るまで踏み下ろすことが出来る。

この時、乗員の踏力による仕事は、アーム軸周りのモーメントアーム長が（アーム軸〜ペダル軸間）、アーム搖動角が（アーム上死点〜アームストッパで規制される下死点間）でなされる。

一方、ペダルの踏面の後端に踏力を負荷した場合、ペダル回転規制部が働いた状態のままでアームが上死点から下降するにつれ踏面は水平とのなす角度が例えば２０度の前傾角から角度を減じて行き、やがて後傾角に転じて角度を増していくが、乗員の足に無理のない角度内で止まるように配設されたペダルストッパによってペダル後端が下降の動きを止められ、したがってアームもまだアームストッパには当っていない位置で下降の動きを止められる。

この時、乗員の踏力による仕事は、アーム軸周りのモーメントアーム長が（アーム軸〜ペダル後端間）、アーム搖動角が（アーム上死点〜ペダルストッパで規制される下死点間）でなされる。

上記二つのケースで乗員の踏力による仕事を比較すると、アーム軸周りのモーメントアーム長に関しては（アーム軸〜ペダル軸間）＜（アーム軸〜ペダル後端間）であり、アーム搖動角に関しては（アーム上死点〜アームストッパで規制される下死点間）＞（アーム上死点〜ペダルストッパで規制される下死点間）であるので、後者は前者よりもアーム軸周りの発生トルクが大きくて揺動角が小さい。

ペダルの踏み下ろしによるアームの揺動角の大小は駆動輪の回転数の大小に置き換えることが出来るので、乗員の踏力の負荷位置をペダルの踏面の（中央部）⇔（後端）に切替えることにより（低トルク＆高速）⇔（高トルク＆低速）に切り替えることが出来る、すなわち変速機能を持たせることが出来る。

上述したように、立ち乗り式自転車に本発明を用いれば、平坦路ではペダルの踏面中央部に踏力が加わるように漕ぎ、ペダルが重く感じたらペダルの踏面後端に踏力が加わるようにかかとに体重を乗せて漕ぐことで変速装置の役割を果たさせ、従来の自転車のような変速装置を用いることなく楽な走行を楽しむことが出来るようになる。

本発明の一実施例を示す側面図である。 本発明の別の実施例を示す側面図である。 左右ペダルの動きが上下の動きを連携された場合の側面図である。

以下、本発明の一実施例を図面１〜図３に基づいて説明する。

図中、部品や機構にはアラビア数字を付けて表すが、動くものについて特定の位置にあることを示したい場合には、後にアルファベット小文字を追加することにする。

また、長さや角度や力などの物理量はアルファベット大文字で表すが、ある条件におけることを示したい場合には、後にアルファベット小文字を追加することにする。

図１は本発明の一実施例を示す側面図であるが、立ち乗り式自転車のペダル構造のうち本発明による変速の仕組みの説明に必要な部分だけを抜き出し、かつ比較し易くするために高速時・低速時の状態を上・下に並べて示した。

ペダル４の踏面５の中央部に踏力Ｆｎを負荷した場合、ペダルが４ｂから４ａまで下降する間に踏力Ｆｎはペダル軸３を通じてアーム２に伝わり、アーム２はアーム軸１の周りにモーメントアーム長Ｌｎをもってトルクを発生させながら２ｂから２ａまで下降し、揺動角Ａｎの仕事を行う。

ペダル４ｂでは踏面５ｂの中央部を踏んだつもりでも踏力Ｆｎの一部がペダル回転規制部６ｂを通してアーム２ｂに負荷される部分もあるが、アーム軸１の周りのモーメントアーム長Ｌｎがより大きくなる方向なので問題ではなくむしろ好ましいと言える。

また、アームが２ｂから下降するにつれてペダル４の踏面５は乗員の足の自然な角度に従うように水平に近い角度になっていくので踏面５の中央部に負荷された踏力Ｆｎは主にペダル軸３を通してアーム２に負荷されるようになり、たとえアーム２がアームストッパ７に当るより先にペダル４の後端がペダルストッパ８に当ったとしても、ペダルはペダル軸３の周りに前方回転するのでアームは２ａでアームストッパ７に当るまで下降できる。

一方、ペダル４の踏面５の後端に踏力Ｆｓを負荷した場合、アーム軸１の周りのモーメントアーム長Ｌｓは構造の許す最大となって、ペダル回転規制部６が働いたままペダルは４ｂから下降していくが、ペダル後端が４ｃでペダルストッパ８に当って止まる時にアームも２ｃで下降の動きを止められる。

この時、アーム２ｃはまだアームストッパ７には当っておらず、アームの揺動角Ａｓはペダル４の踏面５の中央部に踏力Ｆｎを負荷した場合のＡｎに比べて狭くなっている。

ペダルの踏み下ろしによるアームの揺動角Ａの大小は駆動輪の回転数の大小に置き換えて考えてもよいので、乗員の踏力の負荷位置をペダルの踏面の（中央部）⇔（後端）に切替えることにより（低トルク＆高速）⇔（高トルク＆低速）に切り替えられる、すなわち変速機能を持たせることが出来る。

図２は、本発明の構成要素であるペダル回転規制部の別の実施形態を示す。ペダル４は、ペダル軸３より前方でペダル回転規制部９によってアーム２と結合され後傾方向の回転を規制される。アーム下死点２ａにおいてワイヤ９ａは屈曲して踏面５ａが水平になることを妨げない。ペダル回転規制部９は、引張りには強く圧縮には屈曲する他の材料や構造、たとえばロープやバネ材や中折れ式リンクなどと置き換えることも可能である。

図３は、片方のアームが下降すると他方のアームが上昇するような左右連動機構を持つペダルに本発明を実施した場合の、アームの可動範囲を示す側面図である。片方のペダルの踏面後端に踏力を負荷した場合に、アームは２ｃ位置で下降の動きが止められるが、他方のアームはこれに連動して２ｄ位置で上昇の動きを止められる。すなわち、左右のアームが連動機構を持つ場合は、アームの揺動角が上・下死点共に狭められるのでより低速に切り替えられることになる。

またアームの上死点が２ｂから２ｄに下がることによりアーム軸１の周りのモーメントアーム長（アーム軸１〜ペダル後端間）は変らないが水平方向成分は大きくなるので、ほぼ上下方向にかけられる踏力に対しては踏み始めのトルクが増し、変速効果が増すことになる。

１ アーム軸
２ アーム
ａ 上死点時を示す追加符号
ｂ アームストッパ当り下死点時を示す追加符号
ｃ ペダルストッパ当り下死点時を示す追加符号
ｄ 左右アームが連動機構を持つ場合のｃに対応する上死点時を示す追加符号
３ ペダル軸（追加符号ａ、ｂ、ｃ、ｄはアーム２に準じる）
４ ペダル（追加符号ａ、ｂ、ｃ、ｄはアーム２に準じる）
５ 踏面（追加符号ａ、ｂ、ｃ、ｄはアーム２に準じる）
６ ペダル回転規制部（追加符号ａ、ｂ、ｃ、ｄはアーム２に準じる）
７ アームストッパ
８ ペダルストッパ
９ ペダルアーム回転規制部６の別の形態（追加符号ａ、ｂはアーム２に準じる）
Ｆ 踏力
ｎ 踏力をペダル踏面中央部に負荷したときの追加符号
ｓ 踏力をペダル踏面後端に負荷したときの追加符号
Ｌ アーム軸１の周りのモーメントアーム長（追加符号ｎ、ｓは踏力Ｆに準じる）
Ａ アーム２の揺動角（追加符号ｎ、ｓは踏力Ｆに準じる）
（追加符号ｓｒは左右連動アームに踏力Fsを負荷した場合）

Claims (1)

1. 左右方向のアーム軸の周りに搖動可能なアームの後端近傍に配設された左右方向のペダル軸の周りに搖動可能にペダルが配設された構造であって、ペダルがペダル軸の前後に亘る踏面を有し、かつ踏面がアームの下死点において略水平な角度を取り得ると同時にアームの上死点において後傾角を取り得ないようにペダル軸周りの回転を規制するペダル回転規制部を有し、アームに当ってアームの下降を止めるアームストッパとペダル後端に当ってペダル後端の下降を止めるペダルストッパとを有し、ペダルを後傾方向に回転させペダル回転規制部が働いた状態にしてアームを下降させた場合には、アームストッパがアームに当るより先にペダルストッパがペダル後端に当って下降の動きを止めるように配設されたことを特徴とするペダル構造。