JP4413986B1 - 立ち乗り式自転車の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】乗員が力を入れやすいペダル角度や軌跡で往復運動させて推進する立ち乗り式自転車をコンパクトで美観に優れた形で実現できる技術を提供する。
【解決手段】下死点時ペダル踏面より前方かつ上方に回転軸を持ち、逆方向の揺動運動をするよう機構的に連携させられた左右ペダルアームの後部にペダルとスウィングスプロケット161/2を上下になるよう配設し、フレームにチェーンアンカ101/2とアイドラースプロケット171/2を下死点時のスウィングスプロケットの前後になるようかつペダルの下になるよう配設し、左右のドライブチェーンの一端をチェーンアンカに留め、スウィングスプロケット⇒アイドラースプロケット⇒ワンウェイクラッチ付スプロケット181/2と巻きついて前方に向かう他端になるよう配鎖し、これを前方でＵターンして後方に向かうＵターンチェーンの両端とそれぞれつないで左右を連携させる。
【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構造に関する。

従来の自転車では乗員がサドルに腰掛け、足でクランクアームを回転させ、チェーン等でリヤホイールに回転を伝えて推進する機構が一般的である。腰掛けた乗車姿勢では姿勢維持の筋力負担が少ない反面、クランクアームの回転に体重を利用しにくいので、大きな推進力を必要とする場合、変速ギアを用いたり立ちこぎをしたりすることが行われているが、クランクアーム回転の上下死点付近での推進力の減少は避けられなかった。また、車体にサドルを設ける必要があるため自転車のコンパクト化に制約を与えていた。

この不利を補うために、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も発表されている（特許文献１）。この方法ではペダル踏力に体重を利用しやすく、ペダルの上下死点付近での推進力の減少が避けられるものの、シーソー式アームの前端にペダルを配設し後端の動きでチェーンを駆動する機構のため、シーソーの支点の両側に同程度の長さが必要となり、両端が同程度のストロークの上下運動をするので、自転車のコンパクト化あるいは運動部分の目障り感の点で難があった。また、シーソーの前端にペダルを配設する必要上、必然的にペダルの運動軌跡は前方に膨らむ円弧になり、登坂時に前傾姿勢でペダルを踏み始めやすい後方に膨らむ円弧とは逆にならざるを得なかった。

また、立ち乗りした乗員の足の支持表面板を左右に分離して前端にヒンジを付けたものをペダルとして上下に往復させ、これをリヤホイールの回転に変えて推進するスクータも発表されている（特許文献２）。この方法では、前後方向に細長い足支持表面板自身が往復運動の回転中心となるヒンジを持つので表面がすっきりした外観を持ち、乗員の立ち位置を低くでき、また駆動機構をその下に隠せる点で優れている反面、足支持表面板がほぼ水平の状態が下死点である必要性から往復運動は円弧軌跡のほぼ上半分のみを利用することとなり上下成分の多い部分を充分に利用しきれないこと、駆動機構が働く前提となる左右の足支持表面板の運動の連携機構を成立させるために、車両中心線上でフレームから上方に突出させた固定物がすっきりした足支持表面の見栄えを妨げるだけでなく、乗員のペダリング動作時に接触に対する余分な気配りを要求することになり、また、ステアリング軸を折畳んで格納する場合のコンパクトさを阻害する要因になるなどの難点があった。さらに、足支持表面板の角度は幾何学的に定まるので、前後方向寸法をコンパクトにしようとすると上下ストロークがとれないこと、あるいは乗員が力を入れやすい足の角度を自由にとれないことが難点であった。

特開２００５−２８０６７１ 特表２００６−５１０５３５

本発明は上記背景技術に述べたような従来技術の立ち乗り式自転車やスクータの有する課題に鑑みてなされたもので、その目的は、人のパワーを引き出しやすい角度や軌跡で動くペダルの上下往復運動をリヤホイールの回転運動に変換する機構を、左右ペダル間の突出した固定物やペダル後方の目立ちやすい空間を必要とすることなく、前後寸法の短い立ち乗り自転車においても低い乗車位置を守りながら実現できる技術を提供すること、すなわち、楽に乗れるコンパクトで美観に優れた立ち乗り式自転車を実現することにある。

上記目的を達成するために、第1の発明は、乗員がフロントホイールとリヤホイールの間に配設された左右のペダル111/112に立ち上下に往復させて推進する自転車において、左右のペダルアーム121/122が、その前部にリヤホイールと平行な回転軸103をペダル下死点時の水平な踏面より前方かつ上方になるようフレーム（※１）に配設されて持ち、前述回転軸と同軸のスプロケット機能部131/132を前述の水平な踏面より下方に持ち、この機能部に前端を固定され嵌合されて後方に向かう左右のアームチェーン141/142の後端を、前述機能部より後方のフレーム上に配設されたターンアラウンドスプロケット145に巻きついて前方にＵターンするように配設されたＵターンチェーン143の両端とそれぞれつないで、一方のペダルの踏み下げによって他方が上昇を強いられるように連携され、その後部には前述回転軸と平行な回転軸115/116に揺動可能にペダルが配設され、ペダルアーム上でかつペダル下部位置（※２）にスウィングスプロケット161/162が、フレーム上でかつペダル下部位置でなおかつ下死点時のスウィングスプロケットより前方にチェーンアンカ101/102が、同じく後方にアイドラースプロケット171/172がそれぞれ配設され、リヤホイールは前方向回転駆動力のみを伝達するワンウェイクラッチ付スプロケット181/182を２個有し、左右のドライブチェーン151/152がそれぞれ一端をチェーンアンカに固定され⇒スウィングスプロケットに山巻きされ⇒アイドラースプロケットに谷巻きされ⇒ワンウェイクラッチ付スプロケットに山巻きされる経路で配設されて前方に向いた他端に至り、この他端をワンウェイクラッチ付スプロケットより前方のフレーム上に配設されたターンアラウンドスプロケット155に巻きついて後方にUターンするように配設されたＵターンチェーン153の両端とそれぞれつないで、左右のドライブチェーンが連携化された機構を有することを特徴とする。
※１ここでは「フレーム」とはフレームから突出した剛な固定物を含むものと定義する。
※２ここでは「Ａがペダル下部位置にある」とは、平面視においてＡの一部または全部がペダルに隠れる位置関係と定義する。

本案によれば、ペダルアーム821/822がペダル下死点時の水平な踏面899より前方かつ上方に回転軸803を持つことにより、登坂時の前傾姿勢で踏み始めやすい後方に膨らんだ円弧でかつ上下成分の多い部分を長く揺動するペダル軌跡898を実現できる。と同時に、同軸のスプロケット機能部831/832を前述の水平な踏面より大幅に下方に位置させずとも回転半径が確保できることになり、この機能部に嵌合するチェーンを後方でＵターンさせて左右を連携させることにより、左右のペダルアームが互いに逆方向の運動をする機構をこの高さで、すなわち低いペダル下死点高さを実現しつつ、足の動きを邪魔せず目立ちにくい位置で成立させることが容易となる。

また、ペダルアームの回転軸を本案の位置にする別の利点は、ヘッドチューブ804を支えるために本来必要なフレーム立上り部800aを利用できるので上方への突出感を軽減できること、および折畳み自転車の場合フレーム立上り部900aを左右に分離した突出固定物で形成することにより、左右のペダルアーム回転軸の間にも折畳んだ部品が入り込むスペースを確保できることである。

また、ペダル811/812はペダルアーム821/822に対し、回転軸815/816を中心に揺動可能に配設されているのでペダルアーム長さがコンパクトでも乗員が力を入れやすい角度をとることができ、持てるパワーを効果的に引き出すことができる。なお、これによって乗員の姿勢保持性が損なわれないことは試作品で確認済みであるが、従来自転車の立ちこぎからも容易に体感できる。そして、前述の連携機構により、踏み込んだペダルと反対側のペダルアームのスウィングスプロケット861/862が上昇する動きでドライブチェーン851/852が引き出されるが、チェーンアンカ801/802とアイドラースプロケット871/872をペダル下部位置のフレーム上に配設したことにより、引き出されたドライブチェーンを本来必要なペダルの往復運動エリア内でペダルの下に目立たないように収めることができ、楽に乗れる立ち乗り式自転車をコンパクトで美観に優れた形で提供することが可能となる。

また、第2の発明は、第1の発明において、ペダルアームのスプロケット機能部がプーリ機能部または歯車機能部331/332またはレバー機能部431/432に置き換えられ、関係するチェーンとターンアラウンドスプロケットが対応するロープとターンアラウンドプーリに、またはターンアラウンド歯車345に、またはロッドとターンアラウンドレバー445にそれぞれ置き換えられて、一方のペダルの踏み下げで他方が上昇するように連携された機構を有することを特徴とする。

本案は低コスト化、コンパクト化、軽量化、静音化、美観など目的に応じて選択し得る第１の発明の代替案である。

また、第３の発明は、第1、第２の発明において、一方のペダルの踏み下げで他方が上昇を強いられるような連携機構を液圧を利用した機構で実現したことを特徴とする。

本案はコンパクト化、美観など目的に応じて選択し得る第１、第２の発明の代替案である。

また、第４の発明は、第1、第２、第３の発明において、ドライブチェーンがベルトに、それをつなぐＵターンチェーンがベルトまたはロープに、同時にまたは単独に置き換えられ、関係するスプロケットやアンカが対応するプーリやアンカに置き換えられた機構を有することを特徴とする。

本案は、低コスト化、コンパクト化、軽量化、静音化、美観など目的に応じて選択し得る第１、第２、第３の発明の代替案である。ドライブチェーンとＵターンチェーンを同時にベルトに置き換える場合には、ベルトを一体的に成形し、ターンアラウンドプーリにねじって巻きつけてUターンさせることも可能である。

また、第５の発明は、第1、第2、第３、第４の発明において、ワンウェイクラッチ付スプロケット（または、プーリ）がリヤホイールではなくこれと別に設定された回転軸に配設され、この回転を介してリヤホイールに回転が伝達される機構を有することを特徴とする。

本案によれば、リヤホイール軸に架かるチェーン（又はベルト）が一本しか要らなくなり、変速機構や制動機構などの組み込みスペースが確保しやすくなる。

以上説明したように、本発明によれば、登坂時の前傾姿勢で踏み始めやすい後方に膨らんだ円弧軌跡でかつ上下成分の多い部分を長く揺動し、力を入れやすい角度をとることができるペダルの運動を回転運動に変える機構を、前後寸法の短い立ち乗り自転車においても、低いペダル下死点高さを守りつつ、足の動きを邪魔せず目立ちにくい位置で成立させることができる、すなわち、楽に乗れるコンパクトで美観に優れた立ち乗り式自転車が実現可能になる。

第１の発明の一実施例を示す等角投影図である。 第１の発明の別の実施形態を示す平面図である。 第２の発明の一実施形態を示す等角投影図である。 第２の発明の別の実施例を示す等角投影図である。 第４の発明の一実施例を示す等角投影図である。 第５の発明の一実施例を示す平面図である。 第５の発明の別の実施形態を示す平面図である。 第１の発明の一実施例の自転車への乗車姿勢を示す側面図である。 第１の発明の一実施例の折畳み自転車を折畳んだ状態を示す側面図である。 第１の発明の別の実施形態を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態として一実施例を図面に基づいて説明する。

図１は第1の発明の一実施形態を示す等角投影図である。乗員はハンドル107を持ち、ペダル111/112に立った姿勢で乗車する。先ず左右ペダルの上下往復運動の連携機構について説明する。ペダル（右）111を踏み下ろすとフレーム立上り部100aに配設されたペダルアーム回転軸103を中心にペダルアーム（右）121が回転し、これと一体のスプロケット機能部（右）131が回転してアームチェーン（右）141を前方に引っ張り、これと直交ジョイント144を介してつながったＵターンチェーン143がターンアラウンドスプロケット145でUターンさせられ、反対側で直交ジョイント144を介してつながったアームチェーン（左）142を後方へ引っ張りスプロケット機能部（左）132を駆動してペダルアーム（左）122を回転させ、その後端に配設されたペダル（左）112およびスウィングスプロケット（左）162を上昇させる。図１では右 / 左ペダルが上/ 下死点にある状態を示している。

次に、リヤホイールを回転させる機構について説明する。ドライブチェーン151/152はそれぞれその一端をフレーム100に配設されたチェーンアンカ101/102に留められ、ペダルアーム121/122の後端に配設されたスウィングスプロケット161/162に山巻きされ、フレーム100に配設されたアイドラースプロケット171/172に谷巻きされ、リヤホイール106のワンウェイクラッチ付スプロケット181/182に山巻きされて前方に向いた他端に至り、ターンアラウンドスプロケット155に巻きついてUターンさせられたＵターンチェーン153の後方に向いた両端とそれぞれ直交ジョイント154を介して結合されて左右の動きが連携される。

右側のペダル（右）111を踏み下ろすと、前述したように左側のスウィングスプロケット（左）162が上昇するが、ドライブチェーン（左）152は端部をチェーンアンカ102に留められているので、スウィングスプロケット（左）162の上昇ストロークの約２倍の長さがアイドラースプロケット（左）172の後ろ側から引き出されることになり、ワンウェイクラッチ付スプロケット（左）182を前進方向に回転させてリヤホイール106を駆動するとともに、Ｕターンチェーン153を介して反対側のドライブチェーン（右）151の前方に向いた端部を引っ張り、スウィングスプロケット（右）161の下降によるドライブチェーン（右）151の引き出し長さのだぶつきを吸収する。このとき、ワンウェイクラッチ付スプロケット（右）181は後方回転させられるがフリーに回転するのでリヤホイール106の回転には影響を与えない。

図２は第1の発明の別の実施形態として、リヤホイールが２輪あり２個のワンウェイクラッチ付スプロケットが両輪の間に配設された事例を示す平面図である。

図３は第２の発明の一実施形態として、左右のペダルアームの連携機構に歯車を用いた事例を示す等角投影図である。ペダルアーム後半部にペダルとスウィングスプロケットをずらして配設した事例もあわせて示す。

図４は第２の発明の別の実施形態として、左右のペダルアームの連携機構にロッドとレバーを用いた事例を示す等角投影図である。

第３の発明については、たとえば図４のペダルアームのレバー機能部に油圧シリンダなどのアクチュエータを作用させて左右の運動を連携させるなど、当技術分野の技術者であれば実施形態を容易に考えられるので事例図を省略した。液圧力を作用させる部位は図４のレバー機能部にこだわらないことは言うまでもない。

図５は第４の発明の一実施形態として、ドライブチェーンと連結チェーンを同時にベルトに置き換え、それらを直交ジョイントでつなぐ代わりに一体的に成形し、ターンアラウンドプーリにねじって巻きつける配帯をした事例を示す等角投影図である。本図では、ベルトに張力を与えるためにターンアラウンドプーリ555の回転軸が常時前方へ移動するようにスプリング593で付勢される機構を設けた事例を示したが、他の実施形態との組み合わせや採否は必要に応じて行なうことが出来る。

図６は第５の発明の一実施形態として、ワンウェイクラッチ付スプロケットをリヤホイールとは別の回転軸に配設し、リヤホイールにかかるチェーンを片側のみとすることによりハブ内装変速機を配設した事例を示す平面図である。

図７は第５の発明の別の実施形態として、２輪のリヤホイールの間に一本のチェーンを配設した事例を示す平面図である。

図８は第１の発明の一実施事例の自転車への乗車姿勢を示す側面図である。ペダルアーム821/822の回転軸803がペダル下死点時の水平踏面899より上方にあるために、乗員が前傾姿勢でペダルを踏み下ろす際に力をいれやすい後方に膨らむ円弧軌跡898の上下成分の長い部分を利用できること、また同軸のスプロケット機能部831/832を前述の水平な踏面より大幅に下方に位置させずとも回転半径が確保できるので、左右ペダルアームの連携機構がこの高さ位置で、すなわち低いペダル下死点高さで、容易に成立させられること、また、ペダルアームの回転軸803 がフレームの立上り部800aに配設され上方への突出感を軽減していること、およびスウィングスプロケット861で引き出されたドライブチェーン851がペダルの往復運動エリア内にかつペダル811の下に隠れるような形で収まっており目障り感が少ないことを示す。また、ペダルアーム821が短くてもペダル811がペダル回転軸815の周りに揺動できるので乗員が力を入れやすい足の角度がとれることを示す。

図９は第１の発明を折畳み自転車に適用した一事例を示す側面図である。フレーム立上り部900aを左右に分離した突出固定物で形成することにより、折畳み時には、前述突出固定物の間にステアリングサポート909が入り込むことができ、さらに、左右ペダルの間にはフレームから上方に突出した固定物が存在しないのでステアリング軸908が入り込むことができて、コンパクトな格納が実現できることを示す。二点鎖線が折畳み格納時の状態である。

図１０は第１の発明の別の実施形態を示す側面図である。ワンウェイクラッチ付スプロケット1081/1082の下側から出て前方へ向かうドライブチェーン1051/1052をアイドラースプロケット1073/1074でターンアラウンドスプロケット1055の高さまで下げている。本図ではターンアラウンドスプロケットの回転面を水平としたが、水平にこだわらないことは言うまでもない。

100、200、500、600、700、800、900 フレーム
100a、800a、900a フレーム立上り部
101、801 / 102、802 チェーンアンカ（右） / （左）
103、303、403、803、903 ペダルアーム回転軸
104、804、904 ヘッドチューブ
105、905 フロントホイール
106、206、506、606、706、906 リヤホイール
107、807、907 ハンドル
108、908 ステアリング軸
111、311、811、911 / 112、312、812、912 ペダル（右） / （左）
115、315、815 / 116、316、816 ペダル回転軸（右） / （左）
121、321、421、821、921 / 122、322、422、822、922 ペダルアーム（右） / （左）
131、831 / 132、832 スプロケット機能部（右） / （左）
141 / 142 アームチェーン（右） / （左）
143、153 Ｕターンチェーン
144、154 直交ジョイント
145、155、1055 ターンアラウンドスプロケット
151、251、651、751、851、1051 / 152、252、652、752、852、1052
ドライブチェーン（右） / （左）
161、361、861 / 162、362、862 スウィングスプロケット（右）/ （左）
171、871 / 172、872 アイドラースプロケット（右） / （左）
181、281、681、781、1081 / 182、282、682、782、1082
ワンウェイクラッチ付スプロケット(右) / (左)
331 / 332 歯車機能部（右） / （左）
345 ターンアラウンド歯車
431 / 432 レバー機能部（右） / （左）
441 / 442 ロッド（右） / （左）
445 ターンアラウンドレバー
500b フレーム固定物
551 ドライブベルト
555 ターンアラウンドプーリ
591 ターンアラウンドプーリアーム
592 プーリアーム回転軸
593 ベルト張力付与スプリング
695、795 ホイールチェーン
696 ハブ内装変速機
697 変速操作ケーブル
898 ペダル円弧軌跡
899 ペダル下死点時の水平踏面
909 ヘッドサポート
910 ヘッドサポート回転軸
1073 / 1074 アイドラースプロケット（右） / （左）

Claims (5)

1. 乗員がフロントホイールとリヤホイールの間に配設された左右のペダルに立ち上下に往復させて推進する自転車において、左右のペダルアームが、その前部にリヤホイールと平行な回転軸をペダル下死点時の水平な踏面より前方かつ上方になるようフレームに配設されて持ち、前述回転軸と同軸のスプロケット機能部を前述の水平な踏面より下方に持ち、この機能部に前端を固定され嵌合されて後方に向かう左右のアームチェーンの後端を、前述機能部より後方のフレーム上に配設されたターンアラウンドスプロケットに巻きついて前方にＵターンするように配設されたＵターンチェーンの両端とそれぞれつないで、一方のペダルの踏み下げによって他方が上昇を強いられるように連携され、その後部には前述回転軸と平行な回転軸に揺動可能にペダルが配設され、ペダルアーム上でかつペダル下部位置にスウィングスプロケットが、フレーム上でかつペダル下部位置でなおかつ下死点時のスウィングスプロケットより前方にチェーンアンカが、同じく後方にアイドラースプロケットがそれぞれ配設され、リヤホイールは前方向回転駆動力のみを伝達するワンウェイクラッチ付スプロケットを２個有し、左右のドライブチェーンがそれぞれ一端をチェーンアンカに固定され、スウィングスプロケットに山巻きされ、アイドラースプロケットに谷巻きされ、ワンウェイクラッチ付スプロケットに山巻きされる経路で配設されて前方に向いた他端に至り、この他端をワンウェイクラッチ付スプロケットより前方のフレーム上に配設されたターンアラウンドスプロケットに巻きついて後方にUターンするように配設されたＵターンチェーンの両端とそれぞれつないで、左右のドライブチェーンが連携化された機構を有することを特徴とする自転車構造。
2. 請求項１記載の自転車構造において、ペダルアームのスプロケット機能部がプーリ機能部または歯車機能部またはレバー機能部に置き換えられ、関係するチェーンとターンアラウンドスプロケットが対応するロープとターンアラウンドプーリに、またはターンアラウンド歯車に、またはロッドとターンアラウンドレバーにそれぞれ置き換えられて、一方のペダルの踏み下げで他方が上昇するように連携された機構を有することを特徴とする自転車構造。
3. 請求項１または２記載の自転車構造において、一方のペダルの踏み下げで他方が上昇を強いられるような連携機構を、液圧を利用した機構で実現したことを特徴とする自転車構造。
4. 請求項１または２または３記載の自転車構造において、ドライブチェーンがベルトに、それをつなぐＵターンチェーンがベルトまたはロープに、同時にまたは単独に置き換えられ、関係するスプロケットやアンカが対応するプーリやアンカに置き換えられた機構を有することを特徴とする自転車構造。
5. 請求項１または２または３または４記載の自転車構造において、ワンウェイクラッチ付スプロケットまたはプーリがリヤホイールではなくこれと別に設定された回転軸に配設され、この回転を介してリヤホイールに回転が伝達される機構を有することを特徴とする自転車構造。