JP2024069155A - 足踏みペダル式自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】自転車の駆動機構をペダルの足踏み動作によって効率向上する。【解決手段】自転車１において、回転支点２１０の廻り回動可能な足踏みペダルロッド２１を設け、後輪１２の軸両側のフリーホイール１５に駆動チェーン３５を巻掛けして該駆動チェーン両端に接続するケーブル３１１をペダルロッド中間に接続すると共に他端に逆転プーリーを介してケーブル３３の両端を接続し、双方のペダル２２を交互に踏み込む動作によって車輪を駆動して自転車を前進せしめるようにし、変速操作機４０の操作レバー４２により操作ケーブル４１を介してペダルロッドの変速機を操作して駆動ケーブル３０の連結位置２５３をスライド移動させることにより、足踏み動作による駆動トルクを変えてスムーズな走行を可能とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ペダルの足踏み動作によって駆動する自転車に関し、特に足の上下踏込み動作によって車輪を駆動する自転車に関する。

従来の自転車は、フランス人のシブラックによって１７９０年に作られて以来改良されて今日に至るが、当初は操向ステアリング装置のない設計であり、車輪を回転駆動する機構もなく、実用性に乏しいものであって一部の人が娯楽に供するものでしかなかった。
その後、時代と共に開発・改良が重ねられ、各部の構造や機能も完成度を高め、目的に応じてさまざまなタイプの自転車が派生して今日に至っている。

しかしながら、現在の伝統的な自転車は、駆動機構において足でペダルを踏んでクランクを介して漕ぐ動作を回転に変えて車輪を駆動するため、人間工学的に合理的なものではなかった。
すなわち、クランクが回転して垂直状態から水平状態を経て垂直となる半周の間は、ペダルを踏み込む力はクランクを介して駆動力となり、水平状態のとき最大トルクを出力するが、次いでクランクが回転して垂直状態から元の垂直状態に戻る半周ではペダルを踏み込む力は働かず、また、これらのペダルを漕ぐ動作はクランクの回転に沿って行われるために円滑なものではなかった。

第２の問題点は、ペダルを踏み込む力を最大限に駆動力に生かせないということであった。従来の自転車ではシートに腰掛けて乗車しており、ペダルを踏み込んで漕ぐ際もその体重はシートによって支持され、ペダルを踏み込む力もシートのクッション効果によって減殺され、駆動力として十分に活かされなかった。
人間工学的にはペダルを踏み込む際に体重を掛けてペダルを踏み込むのであって、このとき大腿部の筋力は最大限に発揮されて駆動力となるのであるから、上記したクランクの回転動作に沿ってペダルを漕ぐ動作は、その力を円滑に発揮できず、効率的でもない。

このため、従来の足漕ぎ式自転車について、踏み込みの力を効率よく自転車の前進させる駆動力に変換することを期待して多くの研究が行われており、足踏み式などの構造も試みられているが、足踏み動作から駆動力への変換効率が低く、踏み込み動作が円滑に行えず、また、変速機能がない等の問題があって実用に至っていなかった。

特開昭６１－１６３０７８号公報 特開２００３－３２７１９０号公報 実開昭５３－３７１５６号公報 特開２０１７－８８６５７号公報 特開昭５８－１６９７１号公報 特開昭５９－６７１８７号公報

本発明は、車体フレーム、前輪、後輪、車両シート、ハンドルバーを備えた自転車の構成において、前記の問題に鑑み、ペダルの足踏み動作によって効率よく、駆動力を発揮できるペダル式変速自転車を提供することを主たる目的とする。

車体フレーム、前輪、後輪、車両シート、ハンドルバーを備えた自転車において、
ペダルを具えた左右一対の足踏みペダルロッドを足踏み動作により回転支点の軸廻りに上下回動可能に設け、
前輪又は後輪の軸の両側にそれぞれフリーホイールを設け、
これら２つのフリーホイールをそれぞれ駆動する駆動チェーンを設けた駆動ケーブルの両端をそれぞれ２つのペダルロッドの中間位置に連結すると共に、
それぞれのフリーホイールに巻掛けした駆動チェーンの他端を連結するケーブルを逆転ホイールを経由して反転せしめ、
双方のペダルロッドのペダルを交互に踏み込む動作によって駆動ケーブルを介して車輪を駆動して自転車を前進せしめるようにし、

さらに、上記２つのペダルロッドにそれぞれ変速機を設けると共に車体フレームに変速操作機を設け、
上記変速機は、ペダルロッドに沿ってスライド可能なスライドギアプレートを設けて、駆動ケーブルの連結部を該スライドギアプレートに設けて駆動ケーブルのペダルロッドに対する連結位置をペダルロッドに沿って移動可能とし、
上記変速操作機は、操作レバーにより前後に摺動可能なスライドベースを設け、該スライドベースと前記スライドギアプレートを操作ケーブルで連結し、
該操作レバーの前後移動操作によってスライドベースをスライド移動して前記駆動ケーブルのペダルロッドとの連結位置を移動させてペダルロッドの回転支点からの距離を変更することにより、ペダル踏み込みによって車輪を駆動するトルクを変更可能とし、

さらに、変速機の前記スライドギアプレートに相対してガイドギアプレートを設けてそれらの相対する側に相互に噛み合う鋸歯状部を設けると共に両者の密着、離間によってスライド移動又はロック可能とし、
前記左右のペダルロッド間にプーリーを介して配置したリターンケーブルの両端を左右のペダルロッドに接続して、ペダルロッドの上下踏込みストロークの範囲を一定に規制すると共に該リターンケーブルを介して働く張力によって前記スライドギアプレートをガイドギアプレートに押圧密着せしめてスライド移動を係止し、
変速操作を行うに際しては、ペダル踏み込み動作に伴いペダル踏み込み側の駆動ケーブルから前記連結部を介してスライドギアプレートに張力が働くことによりガイドギアプレートとの間の押圧力を加えて両者の鋸歯状部の噛み合いによりロックすると共に、踏み込み動作による引っ張り力が作用しない側では駆動ケーブルから連結部を介した張力が働かず相互の鋸歯状部の噛み合いが相対的に緩いことにより、前記リターンケーブルによる両者の押圧密着力に抗して操作ケーブを介してスライドギアプレートをスライド移動せしめ、
変速操作部の操作レバーのスライド移動及び傾動操作して操作ケーブルを介して行う以上の変速を左右ペダルの交互の踏み込み動作に伴って交互にスライド移動して行う。

さらに、前記変速操作機の前記スライドベースの操作レバーを傾動可能とすると共に、該操作レバー先端に相対してラチェット歯列を設けて操作レバー傾動操作により操作レバー先端と該ラチェット歯列との間でスライドベースの一方向のスライド移動を許容するラチェット機構とし、
前記ラチェット歯列に対して回動して噛み合うラチェットレバーを具え、該ラチェットレバーを復帰スプリングによってラチェット歯列に噛合させてロックし、前記操作レバーの傾動操作によって該ラチェットレバーのロックを開放すると共に、該操作レバーの傾動を復帰することによってラチェットレバーのロック状態を復帰させるようにし、
該操作レバーを介してスライドベースを一方向にスライド移動させる変速操作をラチェットレバーとラチェット歯列との噛み合いを復帰スプリングに抗してラチェット機構により可能とすると共に、
逆方向の変速操作は、操作レバーの逆方向の傾動操作よりラチェットレバーのロックを開放してスライドベースをラチェット歯半ピッチ分移動すると同時に操作レバー先端がロック位置に復帰してラチェット歯に当接することによりロックし、次いで操作レバーの傾動操作を復帰することにより、操作レバー先端のロックを開放してスライドベースのラチェット歯半ピッチ分スライド移動すると同時にラチェットレバーがロック位置に復帰して、この一連の操作レバーの傾動、移動操作によりラチェット歯１ピッチ分の変速操作が行われ、この操作を左右交互のペダル踏み込み動作に伴って行うことにより、変速操作を完了する。

図１は、本発明の足踏みペダル式自転車の正面模式図である。 図２は、本発明の足踏みペダル機構と駆動ケーブルの配置を示す模式図である。 図３Ａは、本発明の変速機の概略図であり、図３Ｂは、本発明のペダルロッドに設けられた変速機Ａ－Ａ‘の断面図である。 図４Ａは、本発明の変速操作機Ａ‐Ａ‘の断面図であり、図４Ｂは、本発明の変速操作機Ｂ－Ｂ’の断面図である。 図５は、本発明の変速操作機と変速機との接続を示す概略図である。

本発明の内容および効果を理解しやすくするために、以下に図面を挙げて具体的な実施形態を詳細に説明する。
図１～図４を参照されたい。
足踏みペダル式自転車１は、車体フレーム１０、前輪１１、後輪１２、車両シート１３、ハンドル１４を備えた構成において、以下の点を特徴とする。

ペダルを回転するクランク廻りに駆動する仕組みに替えて、足踏みペダル機構２０とし、
足踏みペダル機構２０は、シート１３下方の車両フレーム１０の両側にそれぞれペダル２２を具え、回転支点２１０の軸廻りに回動可能に配置された２本のペダルロッド２１を設け、該ペダルロッドを踏み込む動作によってペダルロッド２１を上下駆動し、その上下運動をペダルロッド中間の連結部２５３に連結された駆動ケーブル３０に伝達し、該駆動ケーブル３０の駆動チェーン３５により後輪の１２の両側に設けられたフリーホイール１５を回転駆動して自転車を前進駆動する。

駆動ケーブル３０を介した駆動機構は、２つのケーブル３１の一端をそれぞれペダルロッド中間に連結部２５３で連結すると共に他端を駆動チェーン３５に連結してフリーホイール１５に巻き掛けし、該駆動チェーン３５のそれぞれの他端をケーブル３３両端に接続すると共にその中間に逆転プーリー３１３を設けてケーブル３３の移動方向を逆転する。
従って、ペダル２２を踏み込む動作は、ペダルロッド２１の回転中心２１０廻りの回動となり、双方のペダルロッドに連結された駆動ケーブル３０の交互の直線方向の引っ張り動作となって、駆動ケーブル３０中間の駆動チェーン３５によりフリーホイール１５の交互の回転駆動力として後輪に伝達される。
フリーホイール１５は従来の自転車で採用されている周知技術であって、一方向の駆動力は車軸に伝達するが、反対方向の駆動力に対してはフリーホイールとして伝達しないので、本発明の構成においては踏み込み動作の踏み込み側の駆動力のみ車軸に伝達し、反対側の足上げ動作側の運動に対して伝達しないから、足踏み踏み込み動作によって自転車は前進する。

また、２つのペダルロッド２１の中間にはリターンプーリー５１３を巻掛けするリターンケーブル５０の両端が連結され、交互の足踏み動作によるペダルロッド２１の上下ストロークの範囲を一定に規制する。
このリターンケーブル５０の構成において、２つのペダルロッド２１の交互の踏み込み、踏み上げ動作が、緊密に行えるようにリターンケーブル５０を常に張力が働く状態に保つ必要がある。

以上の構成に於いて、自転車を円滑に走行するためには坂や速度などの条件に応じて変速する必要があり、本発明においてはペダルロッド２１に設けた左右一対の変速機２５と該変速機を操作する変速操作機４０とを具える。
変速機２５は、ペダルロッド２１に沿ってスライド可能なスライドギアプレート２５０と該スライドギアプレートに設けた鋸歯状部に相対する鋸歯状部を具えたガイドギアプレート２１１とを密着・係合させて不要時のスライド移動を阻止し、スライドギアプレート２５０に接続した駆動ケーブル３０の連結部２５３の位置を固定する。
また、これらによる変速操作はスライドギアプレート２５０とガイドギアプレート２１１との係合が緩められた状態でスライドギアプレート２５０がスライド移動して、駆動ケーブル３０の連結部２５３の位置がペダルロッド２１の回転中心とペダルとの間で変位することによって行われる。
スライドギアプレート２５０はケーブル２５１を介してコイルスプリング２５２によって操作ケーブル４１の引っ張り力に抗しており、駆動ケーブル３１の連結位置をペダルロッドの回動中心から離れた方向などの変位するには前記のスライドギアプレート２５０とガイドギアプレート２１１との密着係合に抗し、該コイルスプリング２５２の張力下でスライドギアプレート２５０をスライドさせることによって行う。

変速操作機４０において、変速操作を２つのペダルロッドの変速機２５側に伝達する操作ケーブル４１は、それぞれ一端を変速操作機４０にバッファスプリング４１２を介して固定され、スライドベース４１０に設けたプーリー４１１を巻掛けして接続孔４１３から引き出されて変速機側２５のスライドギアプレート２５０に接続する。
操作レバー４２は、スライドベース４１０をスライド移動すると共に傾動可能であって、図中右方向をスライドベースの前進方向、左方向を後退として、図中操作レバー４２左方向の傾動位置でその先端の後退ロック４５１を変速操作機４０内の位置決めラチェット４６のラチェット歯列に噛み合わせてスライドベース４１０の後退をロックし、
また、スライドベース４１０にはV型のラチェットレバー４５４を回動可能に設けてラチェット４６のラチェット歯列に当接してスライドベース４１０の後退移動をロックすると共に 操作レバー４２の左方向への傾動操作によって、後退ロック４５１の反対側に突出したリリースレバー４５２をラチェットレバー４５３のレバー４５４に当接して回動せしめることによりラチェットレバー４５３とラチェット４６の歯列との係合を開放し、スライドベース４１０の後退を可能とする。

従って、図４Ａの状態において操作レバー４２の左方向の傾動操作により、先ずラチェットレバー４５３とラチェット４６のラチェット歯列との噛み合いが解放され、同時にスライドベース４１０の操作レバー４２の後退ロック４５１は下降した位置にあってラチェット歯ハーフピッチ分後退した位置でラチェット４６のラチェット歯列に当接してロックされる。
次いで、操作レバー４２を元（垂直方向）に戻すと図４Ａの状態となって後退ロック４５１先端がラチェットバー４６のラチェット歯列との係合を外れて、スライドベースは後退し、同時にラチェットレバー４５３が復帰スプリング４４によりラチェット４６方向に回動してラチェット歯列と当接して、スライドプレート４１０の後退をロックする。
この時スライドベース４１０の後退はラチェット歯列のハーフピッチ分となるから、この一連の操作レバーの操作によって合計ラチェット歯列１つ分後退してその位置でロックされる。
変速操作機４０の以上の操作により、操作ケーブル４１は変速操作機４０から引き出されて、変速機２５のスライドギアプレートはスプリング２５２の張力によりスライド移動し、駆動ケーブル３０のペダルロッド２１との連結位置は図中で右に移動する。

これらの仕組みは、ペダルロッド２１の回動の中心となる回転支点２１０と駆動ケーブル３０のペダルロッド２１０に対する連結部２５３との間の距離が変わることにより、いわゆる梃子としてトルクが変わることによるものであり、また、このとき駆動ケーブル３０の動作長さも変わり、併せて変速作用をもたらす。
これらの駆動ケーブル３０の移動には駆動ケーブル３０の両端でスプリング２５２、４１２により張力を負荷されているのでたるむことはなく、変速動作に格別の支障はない。
また、操作レバー４２を図３Ａの右方向に前進させる操作は、スライドベース４１０を変速操作機のバッファスプリング４１２の張力に抗してスライド移動させるが、このとき操作レバー４２は図４Ａのとおり垂直位置にあって後退ロック４５１は上方に移動しているのでラチェット４６との間に空隙４５が形成され、ラチェットレバー４５２は復帰スプリングに押圧されているが、ラチェット４６のラチェット歯列との間にラチェット作用が働くため、スライドベース４１０の移動を妨げない。

このときスライドベース４１０に引かれて変速機２５のスライドギアプレート２５０は図中３Ａの左方向に移動し、それに伴って駆動ケーブル３も同じ方向に移動するが、前記同様にペダル２２の踏み込み動作を行っている側ではスライドギアプレート２５０は駆動ケーブル３０に引き上げられてガイドギアプレートに押圧されて両者間の鋸歯状部が密着して係合するため移動せず、反対側の踏み込み動作による駆動ケーブル３０への引っ張り力が作用せずに両者間の密着係合状態が相対的に緩い側でスライドギアプレート２５０が移動する。
以上のペダルの踏み込み動作が交互に行われることにより、変速操作機と変速機双方の駆動ケーブル３０とスライドギアプレー２５０との位置関係は左右揃ったものとなる。

これらの変速操作に際しては、駆動ケーブル３０に踏み込み操作による力が加わる時には、スライドギアプレート２５０はその力に引かれてガイドギアプレート２１１に押圧されてロックされた状態にあるため、駆動ケーブル３０とペダルロッド２１との連結位置はロックされ、変速操作機４０側でも駆動ケーブルに接続されたスライドベースはラチェット４６と後退ロック及びラチェットレバーとの係合によりロックされるとともに位置決めがされる。
以上の変速操作は、走行中にペダルの交互の踏み込み動作に伴って行われることにより、スムーズに行われる。

本発明においては、構造が簡素化されると共に変速操作が容易で速度を調整でき、ペダリングの動作が人間工学に基づいてより円滑であって身体に対する負担が少なく快適な走行が可能である。
また、本発明は変速機構が簡単であって、従来の自転車において必要とされる変速比に応じた枚数のギアは必要とせず、左右一対のギアを駆動チェーンによって駆動するのみであるから、多数枚の変速ギアを設けた場合に起こしがちな変速時の駆動チェーンの逸脱などのトラブルが生じることはない。
さらに、以上のペダル踏み込み動作による車輪の駆動は、一般的な自転車に限らず、スケータータイプの2輪車にも適用可能であり、また、２輪車に限らず、荷物や幼児を乗せる用途として安定性が求められる３輪車に適用する場合も足踏み動作による駆動、走行は人体の無理がなく好適である。

１ 足踏みペダル式自転車
１０ フレーム
１０１ リアフォーク
１１ 前輪
１２ 後輪
１３ シート
１４ ハンドル
１５ フリーホイール
２０ 足踏みペダル機構
２１ ペダルロッド
２１０ 回転支点
２１１ ガイドギアプレート
２２ ペダル
２５ 変速機
２５０ スライドギアプレート
２５１ ケーブル
２５２ コイルスプリング
２５３ 連結部
３０ 駆動ケーブル
３１ ケーブル
３１１ プーリー
３１３ 逆転プーリー
３１５ 調整ネジ
３３ ケーブル
３５ 駆動チェーン
３５１ 調整ネジ
４０ 変速操作機
４１ 操作ケーブル
４１０ スライドベース
４１１ プーリー
４１２ バッファスプリング
４１３ 操作ケーブル引出し部
４２ 操作レバー
４２１ グリップ
４４ 復帰スプリング
４４０ スプリング固定部
４５ 空隙
４５１ 後退ロック
４５２ ロックリリース
４５３ ラチェットレバー
４５４ ラチェットレバー
４６ 位置決めラチェットバー
５０ リターンケーブル
５１３ リターンプーリー

Claims (4)

1. 車体フレーム、前輪、後輪、車両シート、ハンドルバーを備えた自転車において、
   ペダルを具えた左右一対の足踏みペダルロッドを足踏み動作により回転支点の軸廻りに上下回動可能に設け、
   前輪又は後輪の軸の両側にそれぞれフリーホイールを設け、
   これら２つのフリーホイールをそれぞれ駆動する駆動チェーンを設けた駆動ケーブルの両端をそれぞれ２つのペダルロッドの中間位置に連結すると共に、
   それぞれのフリーホイールに巻掛けした駆動チェーンの他端を連結するケーブルを逆転プーリーを経由して反転せしめ、
   双方のペダルロッドのペダルを交互に踏み込む動作によって駆動ケーブルを介して車輪を駆動して自転車を前進せしめるようにしたことを、特徴とするペダル踏み込み式自転車。
2. 前記２つのペダルロッドにそれぞれ変速機を設けると共に車体フレームに変速操作機を設け、
   上記変速機は、ペダルロッドに沿ってスライド可能なスライドギアプレートを設けて、該スライドギアプレートに前記駆動ケーブルの連結部を設けて駆動ケーブルのペダルロッドに対する連結位置をペダルロッドに沿って移動可能とし、
   上記変速操作機は、操作レバーにより前後に摺動可能なスライドベースを設け、該スライドベースと前記スライドギアプレートを操作ケーブルで連結し、
   該操作レバーの前後移動操作によってスライドベースをスライド移動して前記駆動ケーブルのペダルロッドとの連結位置を移動させてペダルロッドの回転支点からの距離を変更することにより、変速操作を可能としたことを特徴とする請求項1記載のペダル踏み込み式自転車。
3. 変速機の前記スライドギアプレートに相対してガイドギアプレートを設けてそれらの相対する側に相互に噛み合う鋸歯状部を設けると共に両者の密着、離間によってスライド移動又はロック可能とし、
   前記左右のペダルロッド間にプーリーを介して配置したリターンケーブルの両端をペダルロッドに接続して、ペダルロッドの上下踏込みストロークの範囲を一定に規制すると共に該リターンケーブルを介して働く張力によって前記スライドギアプレートをガイドギアプレートに押圧密着せしめてスライド移動を係止し、
   変速操作機の操作レバーのスライドおよび傾動操作に対して
   ペダル踏み込み動作に伴うペダル踏み込み側の駆動ケーブルから前記連結部を介してスライドギアプレートに働く張力によりガイドギアプレートとの間の押圧力を加えて両者の鋸歯状部の噛み合いによりロックすると共に、踏み込み動作による引っ張り力が作用しない側では駆動ケーブルから連結部を介した張力が働かない状態でリターンケーブルによる押圧密着力に抗して操作ケーブを介してスライドギアプレートをスライド移動せしめ、
   左右ペダルの交互の踏み込み動作により、変速を行うことを特徴とする請求項２記載の、ペダル踏み込み式自転車。
4. 前記変速操作機のスライドベースの操作レバーを傾動可能とすると共に、該操作レバー先端に相対するラチェット歯列を設けて操作レバー傾動操作により操作レバー先端と該ラチェット歯列との間でスライドベースの一方向のスライド移動を許容すると共に反対方向に移動をロックするラチェット機構とし、
   上記スライドベースにラチェット歯列に対して回動して噛み合うラチェットレバーを設け、該ラチェットレバーを復帰スプリングによってラチェット歯列に噛合させてロックし、前記操作レバーの傾動操作によって該ラチェットレバーのロックを開放すると共に、該操作レバーの傾動を復帰することによってラチェットレバーをロック状態に復帰させるようにし、
   操作レバーを介して行う変速操作において、
   スライドベースの１方向のスライド移動をラチェットレバーとガイドギアプレートとの噛み合いを復帰スプリングに抗してラチェット機構により可能とすると共に、
   逆方向のスライド移動は、操作レバーの逆方向の傾動操作によりラチェットレバーのロックを開放してスライドベースをラチェット歯半ピッチ分スライド移動させると同時に操作レバー先端をラチェット歯に当接してロックし、
   次いで操作レバーの復帰操作より操作レバー先端とラチェット歯のロックを開放してラチェット歯半ピッチ移動する同時にラチェットレバーを回動してロック状態に復帰させ、
   この操作を左右交互のペダル踏み込み動作に伴って行うことにより変速する、
   ことを特徴とする請求項２乃至３記載の、ペダル踏み込み式自転車。
   
   

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