TW201900486A - 人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，可省力踩踏曲柄包括時規元件、曲柄機構及傳動機構；曲柄機構包括第一曲柄、第二曲柄及第三曲柄，第一曲柄包括第一轉輪、第二轉輪及抵頂件，傳動機構設置在第一轉輪和第二轉輪之間；其中利用曲柄機構在旋轉過程中，抵頂件將沿著時規元件的作動路徑移走，並驅動時規元件可操作性地對應於第一轉輪做咬合或脫離，透過傳動機構讓第二曲柄和第三曲柄能夠相對於第一曲柄止動或做旋轉擺動。藉此，能夠達成省力效果且讓曲柄機構能夠順暢性及安全性地做符合人體工學的慣性圓周運動。

Description

人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法

本發明係有關一種踩踏曲柄技術，尤指一種用於人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法。

按，現代人為了身體的健康或為了減少有害氣體和碳的排放量，大都會善用一部分的時間來進行，如慢跑、步行或騎乘自行車等運動，其中騎乘自行車由於具備有短、中程的旅遊效果，因此更可讓騎乘者的身、心、靈獲得最佳的舒緩，且在各縣市大量且廣設的自行車專用道下，騎乘自行車顯然已成為全民最熱衷的活動項目之一。

習知自行車的曲柄為一固定長度的桿體，用以連接腳踏板與自行車的心軸，自行車在運作過程中是透過使用者踩踏腳踏板，使腳踏板以中軸為旋轉中心進行以曲柄長度為半徑的圓周運動，並帶動自行車的驅動裝置如齒盤、鏈條等元件，進而使自行車前進。

現存應用在自行車的踩踏曲柄裝置，並不能夠在腳踏板旋轉至需要施力處時，伸長其曲柄進而增加力臂的長度，因此無法達成更加省力的效果，是以現存的伸縮曲柄的設計無法規律且慣性的做圓周運動為一費力，且易導致使用者疲勞的踩踏曲柄裝置。

有鑑於此，本發明人遂針對上述現有技術的缺失，特潛心研究並配合學理的運用，盡力解決上述之問題點，即成為本發明人改良之目標。

本發明之一目的，在於提供一種人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其係利用增加施力臂長度來達成省力效果，並且藉助第二曲柄可相對於第一曲柄做旋轉擺動，從而使曲柄機構能夠順暢性及安全性地做規律的圓周運動。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，所述可省力踩踏曲柄包括一時規元件、一曲柄機構及一傳動機構，該時規元件具有一作動路徑；該作動路徑包括一第一間歇區、一收縮區、一第二間歇區及一伸展區，該曲柄機構包括一第一曲柄、一第二曲柄及一第三曲柄，該第一曲柄包括一第一轉輪、一第二轉輪及一抵頂件，該傳動機構形成在該第一轉輪和該第二轉輪之間；該操作方法包括:

a)該抵頂件進入該第一間歇區時，該時規元件與該第一轉輪產生釋放，從而使該第一轉輪依從該第一曲柄的旋轉而同步轉動；

b)該抵頂件進入該收縮區時，該時規元件與該第一轉輪咬合，透過該傳動機構連接該第二轉輪，從而使該第二轉輪相對於該第一曲柄的旋轉而旋轉進而帶動該第二曲柄和該第三曲柄相對於該第一曲柄做反向的旋轉擺動；

c)該抵頂件進入該第二間歇區時，該時規元件與該第一轉輪產生釋放，從而使該第一轉輪依從該第一曲柄的旋轉而同步轉動；

d)該抵頂件進入該伸展區時，該時規元件與該第一轉輪咬合，透過該傳動機構傳動該第二轉輪，從而使該第二轉輪相對於該第一曲柄的旋轉而旋轉進而帶動該第二曲柄和該第三曲柄相對於該第一曲柄做反向的旋轉擺動。

本發明還具有以下功效，藉由移動環和彈性元件的設置，在運轉時可由第一轉輪和第二轉輪做交替性地旋轉，進而確保運轉的順暢性。藉由傳動機構為複數滾珠所組成，可進行二維或三維的動力傳輸。利用在第二曲柄設有階梯塊及第三曲柄設有對應的階梯槽，透過凸柱穿接固結，藉以有效地防止第三曲柄因長時間的運作而產生彎曲變形或扳離等不良情形。藉助各滾珠之間的相互抵靠，不管是做正向或反向的傳動皆沒有間隙產生，更加地提昇傳動效能和定位的精準度。

有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱圖1~10及圖14所示，本發明提供一種人力車之可省力踩踏曲柄，本實施例是以一自行車8的鏈輪一側做說明，此自行車8具有一車架81，在車架81的中柱下方處安裝有一中軸承接座87，並在中軸承接座87的中心穿設有一轉軸83，另自行車8還包括一對腳踏板84、一鏈輪85、一嵌固環86及其它必要裝置，本發明之可省力踩踏曲柄主要包括一時規元件10、一曲柄機構20及一傳動機構30。

時規元件10透過一固定座15安裝在前述嵌固環86，嵌固環86和中軸承接座87則是透過形成在中軸承接座87的各嵌槽871和形成在嵌固環86的各嵌塊861的相互配合而維持固定不動，固定座15為一中空圓環，在其內周緣的位置成型有複數定位條151；本實施例的時規元件10為一中空圓筒體，在圓筒體朝向固定座15的一側設有供前述定位條151嵌入的一嵌槽11，以與固定座15相互卡固定位但可做軸向移動，在時規元件10的一側表面設有一作動路徑12，此作動路徑12為一環形凹凸結構，其主要包括呈圓周式排列的一第一間歇區121、一收縮區122、一第二間歇區123及一伸展區124(如圖5所示)；另在時規元件10的作動路徑12背後方則設有複數第一離合齒13。

曲柄機構20包括一第一曲柄21、一第二曲柄22及一第三曲柄23，第一曲柄21的一端是穿接前述時規元件10和固定座15；第二曲柄22連接在第一曲柄21的另一端，第三曲柄23固定在第二曲柄22遠離連接第一曲柄21的一端，且第三曲柄23與第二曲柄22彼此並列配設，第三曲柄23遠離與第二曲柄22固定的一端是供前述的腳踏板84連接。

進一步地，第一曲柄21包括一外臂殼211及對應外臂殼211接合的一內臂殼212，在外臂殼211和內臂殼212二端的相對位置分別設有相互對應的一通孔，另在外臂殼211和內臂殼212內部的相對位置設有一容珠槽A，此容珠槽A是沿著外臂殼211和內臂殼212的周緣所構設而成；又，在內臂殼212遠離第二曲柄22一端的內部設有一抵頂件213，本實施例的抵頂件213為一滾珠，但不以此種型態為限，第一曲柄21遠離第二曲柄22的一端是連接前述鏈輪85。

進一步地，在第一曲柄21連接鏈輪85的一端內部設有一軸套214及套接在軸套214外周緣的一第一轉輪215，軸套214的內孔形狀是與前述轉軸83的外緣形狀相互配接並以螺絲等螺固元件鎖固，在軸套214和外臂殼211的相對應位置分別設有相互嵌扣的嵌條和扣槽，在軸套214穿接且固定於外臂殼211後，將使軸套214跟隨外臂殼211的旋轉做轉動，另軸套214又穿接前述時規元件10和固定座15(如圖8所示)。

第一轉輪215的外周壁設有複數半圓球形凹坑2151；另在第一轉輪215朝向時規元件10的一端設有對應前述第一離合齒13做離合的複數第二離合齒2152；又，在第一轉輪215的內壁設有間隔排列的複數內嵌塊2153，並在各卡塊2153頂緣且位在第一轉輪215內壁形成有一逃溝2154。

進一步地，在第一曲柄21的內部設有一移動環216及一彈性元件217(如圖8所示)，移動環216是套接在軸套214的外周緣並且容置在時規元件10和第一轉輪215內，在移動環216和軸套214的相對應位置分別設有相互嵌扣的嵌條和扣槽，從而使移動環216跟隨軸套214的旋轉而轉動並且能夠做軸向移動，移動環216的外周壁一端設有一凸環2161，另一端設有複數外嵌塊2162，其係可操作性地與前述的內嵌塊2153做嵌固傳動，或相對於第一轉輪215做旋轉運動。彈性元件217是套設在移動環216外周緣且二端彈性夾持在移動環216的凸環2161和第一轉輪215之間，以彈性推抵移動環216和時規元件10做復位。

進一步地，在第一曲柄21鄰近第二曲柄22的一端設有一第二轉輪218，第二曲柄22是透過第二轉輪218與第一曲柄21連接，第二轉輪218的直徑小於第一轉輪215的直徑，且第一轉輪215與第二轉輪218的齒數比為一整數，如:2:1，3:1，4:1等，同理在第二轉輪218的外周壁設有複數半圓球形凹坑2181。

本實施例的傳動機構30為複數滾珠31所排列組成，各滾珠31是沿著前述容珠槽A置設，並且環繞形成於第一轉輪215和第二轉輪218之間，利用前述各凹坑2151、2181來對滾珠31進行推送或抵止。

本發明可省力踩踏曲柄的操作方法，包括以下步驟:

a)抵頂件213進入第一間歇區121時，時規元件10與第一轉輪215產生釋放，從而使第一轉輪215依從第一曲柄21的旋轉而同步轉動；

請參閱圖6至圖8所示，使用時係以腳掌分別對應於各腳踏板84施加作用力，在曲柄機構20以順時針方向旋轉經過上死點(12點鐘位置)時，由於第一曲柄21和第二曲柄22所連接成的施力臂大於傳統式踩踏曲柄僅由單一曲柄的施力臂，依據力矩原理(M=F*d，F:作用力，d:力臂)，因此在力矩(Moment)相同情況下，本創作之可省力踩踏曲柄結構其所需施加的作用力較小，進而可得到省力的效果。

承上，在抵頂件213沿著作動路徑12進入第一間歇區121內時，時規元件10和移動環216將被彈性元件217所彈性抵推，從而讓時規元件10朝著遠離第一轉輪215方向移開，即是第一轉輪215與時規元件10呈一釋放狀態，透過移動環216的外嵌塊2162與第一轉輪215的內嵌塊2153相互嵌固，隨著第一曲柄21繼續做順時針方向的旋轉時，第一齒輪215將跟隨第一曲柄21、軸套214及移動環216同步做順時針方向的旋轉，此時各滾珠31是抵止在各凹坑2151和容珠槽A中而不做傳動，因此第二轉輪218係呈一靜止狀態，在第二轉輪218為靜止的同時，第二曲柄22和第三曲柄23係與第一曲柄21呈止動關係。

其中第一曲柄21具有一上死點，第一間歇區121的起始點與上死點的間隔夾角Θ為0~10度，其中以5度為優選，且是形成在通過上死點之後的位置；第一間歇區121的工作角度介於125~145度之間，其中第一間歇區121的工作角度以135度為優選。

b)抵頂件213進入收縮區122時，時規元件10與第一轉輪215咬合，透過傳動機構30連接第二轉輪218，從而使第二轉輪218相對於第一曲柄21的旋轉而旋轉進而帶動第二曲柄22和第三曲柄23相對於第一曲柄21做反向的旋轉擺動；

請參閱圖6、圖9及圖10所示，繼之，在抵頂件213沿著作動路徑12進入收縮區122內時，抵頂件213將推動時規元件10和移動環216朝著第一轉輪215方向移動，並令各第一離合齒13和各第二離合齒2152相互嵌合，且移動環216的各外嵌塊2162脫離與各內嵌塊2153嵌固而進入逃溝2154中，第一轉輪215因為透過時規元件10、固定座15、嵌固環86以與中軸承接座87連結而呈一靜止狀態(如圖3及圖4所示)，即第一轉輪215不會隨著第一曲柄21繼續做順時針方向的旋轉，各滾珠31將被迫推擠驅動第二轉輪218做逆時針方向的旋轉，在第二轉輪218旋轉的同時將帶動第二曲柄22和第三曲柄23相對於第一曲柄21做反向的旋轉擺動，藉由在第一曲柄21旋轉至與下死點(6點鐘位置)相距一適當位置處時，利用第二曲柄22的向上旋擺，可有效地防止因為施力臂的長度被增加所產生觸地或其它使用安全性上的問題，並且讓曲柄機構20與腳踏板84能夠順暢性地做慣性圓周運動。

收縮區122的工作角度介於80~100度之間，其中收縮區122的工作角度以90度為優選。

c)抵頂件213進入第二間歇區123時，時規元件10與第一轉輪215產生釋放，從而使第一轉輪215依從第一曲柄21的旋轉而同步轉動；

在抵頂件213沿著作動路徑12進入第二間歇區123內時，各組成元件的相互關係和作動關係為與前述抵頂件213進入第一間歇區121相同；第二間歇區123的工作角度介於35~55度之間，其中第二間歇區123的工作角度以45度為優選。

d)抵頂件213進入伸展區124時，時規元件10與第一轉輪215咬合，透過傳動機構30傳動第二轉輪218，從而使第二轉輪218相對於第一曲柄21的旋轉而旋轉進而帶動第二曲柄22和第三曲柄23相對於第一曲柄21做反向的旋轉擺動。

在抵頂件213沿著作動路徑12進入伸展區124內時，各組成元件的相互關係和作動關係與前述抵頂件213進入收縮區122相同；伸展區124的工作角度介於80~100度之間，其中伸展區124的工作角度以90度為優選。

此外，第一曲柄21做順時針方向旋轉時，各相關元件將依循前述的配合關係做相應的連動，另在第一曲柄21做逆時針方向旋轉時，各相關元件則以相反的配合關係做相應的連動，藉以適用在自行車8的使用條件下。

請參閱圖11及圖12所示，第二曲柄22和第三曲柄23除了可以是一體成型外，亦可透過組接方式來進行結合，並在第二曲柄22和第三曲柄23之間形成有一間隔槽B(如圖12所示)，在第二曲柄22的一端成型有一階梯塊221，並在階梯塊221設有一穿孔222，另在鄰近階梯塊221的一端連接有一凸柱223，第三曲柄23的一端成型有一階梯槽231，並在階梯槽231連接有一凸柱232，另在鄰近階梯槽231的一端設有一穿孔233，以階梯塊221對應階梯槽231接合，各凸柱223、232對應於各穿孔233、222做穿接固結，藉以有效地防止第三曲柄23因長時間的運作而產生彎曲變形或扳離等不良情形。

請參閱圖13所示，本發明可省力踩踏曲柄除了可以如上述實施例外，兩者之間最明顯的差異在於第一轉輪215和第二轉輪218皆為一正齒輪，本實施例的傳動機構30則為具有複數凸齒的一皮帶31A，皮帶31A是環繞並且連接在第一轉輪215和第二轉輪218之間，如此亦具有前述實施例的等同效果。

綜上所述，本發明之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，確可達到預期之使用目的，而解決習知之缺失，又因極具新穎性及進步性，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請，敬請詳查並賜准本案專利，以保障發明人之權利。

10‧‧‧時規元件

11‧‧‧嵌槽

12‧‧‧作動路徑

121‧‧‧第一間歇區

122‧‧‧收縮區

123‧‧‧第二間歇區

124‧‧‧伸展區

13‧‧‧第一離合齒

15‧‧‧固定座

151‧‧‧定位條

20‧‧‧曲柄機構

21‧‧‧第一曲柄

211‧‧‧外臂殼

212‧‧‧內臂殼

213‧‧‧抵頂件

214‧‧‧軸套

215‧‧‧第一轉輪

2151‧‧‧凹坑

2152‧‧‧第二離合齒

2153‧‧‧內嵌塊

2154‧‧‧逃溝

216‧‧‧移動環

217‧‧‧彈性元件

2161‧‧‧凸環

2162‧‧‧外嵌塊

218‧‧‧第二轉輪

2181‧‧‧凹坑

22‧‧‧第二曲柄

221‧‧‧階梯塊

222‧‧‧穿孔

223‧‧‧凸柱

23‧‧‧第三曲柄

231‧‧‧階梯槽

232‧‧‧凸柱

233‧‧‧穿孔

30‧‧‧傳動機構

31‧‧‧滾珠

31A‧‧‧皮帶

A‧‧‧容珠槽

B‧‧‧間隔槽

Θ‧‧‧間隔夾角

8‧‧‧自行車

81‧‧‧車架

83‧‧‧轉軸

84‧‧‧腳踏板

85‧‧‧鏈輪

86‧‧‧嵌固環

861‧‧‧嵌塊

87‧‧‧中軸承接座

871‧‧‧嵌槽

a~d‧‧‧步驟

圖1 係本發明可省力踩踏曲柄應用於自行車的組合圖。

圖2 係本發明可省力踩踏曲柄連接鏈輪的組合圖。

圖3 係本發明可省力踩踏曲柄的分解圖。

圖4 係本發明之部分機構的分解圖。

圖5 係本發明之時規元件剖視圖。

圖6 係本發明之曲柄機構連續性操作的示意圖。

圖7 係本發明之抵頂件在第一間歇區內之使用狀態剖視圖。

圖8 係本發明之抵頂件在第一間歇區內之另一視角使用狀態剖視圖。

圖9 係本發明之抵頂件在收縮區內之使用狀態剖視圖。

圖10 係本發明之抵頂件在收縮區內之另一視角使用狀態剖視圖。

圖11 係本發明之第二曲柄和第三曲柄另一實施例分解圖。

圖12 係本發明之第二曲柄和第三曲柄另一實施例組合圖。

圖13 係本發明之另一實施例的分解圖。

圖14 係本發明可省力踩踏曲柄操作流程圖。

Claims (17)

1. 一種人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，所述可省力踩踏曲柄包括一時規元件、一曲柄機構及一傳動機構，該時規元件具有一作動路徑；該作動路徑包括一第一間歇區、一收縮區、一第二間歇區及一伸展區，該曲柄機構包括一第一曲柄、一第二曲柄及一第三曲柄，該第一曲柄包括一第一轉輪、一第二轉輪及一抵頂件，該傳動機構形成在該第一轉輪和該第二轉輪之間；該操作方法包括: a)該抵頂件進入該第一間歇區時，該時規元件與該第一轉輪產生釋放，從而使該第一轉輪依從該第一曲柄的旋轉而同步轉動； b)該抵頂件進入該收縮區時，該時規元件與該第一轉輪咬合，透過該傳動機構連接該第二轉輪，從而使該第二轉輪相對於該第一曲柄的旋轉而旋轉進而帶動該第二曲柄和該第三曲柄相對於該第一曲柄做反向的旋轉擺動； c)該抵頂件進入該第二間歇區時，該時規元件與該第一轉輪產生釋放，從而使該第一轉輪依從該第一曲柄的旋轉而同步轉動； d)該抵頂件進入該伸展區時，該時規元件與該第一轉輪咬合，透過該傳動機構傳動該第二轉輪，從而使該第二轉輪相對於該第一曲柄的旋轉而旋轉進而帶動該第二曲柄和該第三曲柄相對於該第一曲柄做反向的旋轉擺動。
2. 如請求項1所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該第一間歇區、該收縮區、該第二間歇區及該伸展區係呈圓周方式依序排列。
3. 如請求項2所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該第一曲柄具有一上死點，該第一間歇區的起始點與該上死點的間隔夾角為0~10度，且是形成在通過該上死點之後的位置。
4. 如請求項3所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該第一間歇區的起始點與該上死點的間隔夾角為5度。
5. 如請求項2所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該第一間歇區的工作角度介於125~145度之間。
6. 如請求項5所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該第一間歇區的工作角度為135度。
7. 如請求項5所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該收縮區的工作角度介於80~100度之間。
8. 如請求項7所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該收縮區的工作角度為90度。
9. 如請求項7所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該第二間歇區的工作角度介於35~55度之間。
10. 如請求項9所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該第二間歇區的工作角度為45度。
11. 如請求項9所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該伸展區的工作角度介於80~100度之間。
12. 如請求項11所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該伸展區的工作角度為90度。
13. 如請求項1所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該第一曲柄以順時針方向旋轉時，步驟a)中的該第一轉輪係跟隨該第一曲柄同步做順時針方向轉動。
14. 如請求項13所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該第二轉輪係為靜止。
15. 如請求項1所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中該第一曲柄以順時針方向旋轉時，步驟b)中的該第二轉輪透過該傳動機構的傳動係以逆時針方向轉動。
16. 如請求項15所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中所述人力車具有一中軸承接座，該第一轉輪係透過與所述中軸承接座連結而呈一靜止狀態。
17. 如請求項1所述之人力車之可省力踩踏曲柄的操作方法，其中所述時規元件還具有複數第一離合齒，所述第一轉輪具有複數第二離合齒，該第一轉輪透過各該第二離合齒與所述時規元件的各該第一離合齒產生釋放或止動。