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JP2002240770A - Pedaling mechanism of bicycle - Google Patents

Pedaling mechanism of bicycle

Info

Publication number
JP2002240770A
JP2002240770A JP2001035364A JP2001035364A JP2002240770A JP 2002240770 A JP2002240770 A JP 2002240770A JP 2001035364 A JP2001035364 A JP 2001035364A JP 2001035364 A JP2001035364 A JP 2001035364A JP 2002240770 A JP2002240770 A JP 2002240770A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
point
driving force
drive
crankshaft
pedaling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001035364A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takao Kobayashi
孝郎 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2001035364A priority Critical patent/JP2002240770A/en
Publication of JP2002240770A publication Critical patent/JP2002240770A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To drastically solve the most fundamental problems regarding drive performance of a conventional human power pedaling mechanism such as pulsation of rotational drive force and insufficient torque at around a top dead center to improve performance of a bicycle. SOLUTION: Driving characteristics are drastically improved by setting a drive side point of application of force as a base point for efficiently converting/ transferring drive force by pedaling to the rotational drive force of a rear wheel with a predetermined phase difference with a pedal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は一対のペダルを交
互に踏み下げて後輪を回転駆動する自転車のペダリング
機構の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a pedaling mechanism for a bicycle that rotates a rear wheel by alternately depressing a pair of pedals.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、自転車のペダリング機構は駆動力
を発生する「駆動力発生機構」と駆動力を伝達する「駆
動力伝達機構」とからなる。駆動力発生機構はサドルの
下方に配置するクランク軸と、クランク軸の両端に180
度の位相差で取り付けるペダル付きの一対のペダルアー
ムとからなり、一対のペダルアームを交互に踏み下げる
ことによってクランク軸に回転駆動力を生じさせるもの
である。又駆動力伝達機構は、クランク軸に取り付ける
駆動スプロケットと、ワンウェイクラッチを介して後輪
軸に取り付ける従動スプロケットと、駆動スプロケット
と従動スプロケットとの間に巻き掛けるチェーンあるい
はベルトからなり、クランク軸に発生した駆動力をその
まま後輪軸に伝達する役割を担っている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a pedaling mechanism of a bicycle includes a "driving force generating mechanism" for generating driving force and a "driving force transmitting mechanism" for transmitting driving force. The driving force generation mechanism consists of a crankshaft located below the saddle and 180 ° at both ends of the crankshaft.
It comprises a pair of pedal arms with pedals attached with a phase difference of degrees, and generates a rotational driving force on the crankshaft by alternately depressing the pair of pedal arms. The driving force transmission mechanism is composed of a driving sprocket mounted on the crankshaft, a driven sprocket mounted on the rear wheel shaft via a one-way clutch, and a chain or belt wound around the driving sprocket and the driven sprocket. It plays the role of transmitting the driving force as it is to the rear wheel axle.

【0003】この様なペダリング機構で発生する回転駆
動力は人間の脚力あるいは体重による垂直成分が主であ
るのでクランク軸に対する接線方向成分はペダル位相に
対してサインカーブ的に変化し、ペダルが垂直状態近傍
(死点)では、ほとんど゛ゼロ゛になる。人力による回
転駆動力発生機構の宿命的な問題点である。又駆動力伝
達機構はクランク軸に取り付けた一定径の駆動スプロケ
ットと後輪軸に取り付けた一定径の従動スプロケットに
チェーンを巻き掛けて駆動力を伝達しているが、駆動側
作用点及び従動側作用点がペダル位相には関係なく常に
一定(上死点に)しているので、伝達駆動力は駆動入力
の向きと常に同一であり、変動する駆動入力がそのまま
後輪の回転駆動力として伝達される。結果として駆動入
力としてのクランク軸の回転速度は一定であっても伝達
される駆動力はサインカーブ的に変動するので、負荷に
対して ゛加速−減速 ゛を繰り返し、加速エネルギー
が減速エネルギーより大きい時は惰力があるのでサイク
ルが連続できるが負荷が増大すると惰力が小さくなりサ
イクルが中断(運転不能)する。特に起動時は惰力がな
いので小さな負荷でもペダル位相が上死的近傍では起動
できない。いわゆる上下死点問題であり、従来ペダリン
グ機構の本質的な問題点である。
[0003] The rotational driving force generated by such a pedaling mechanism is mainly a vertical component due to human leg strength or weight, so that the tangential component to the crankshaft changes in a sine curve with respect to the pedal phase, and the pedal is moved vertically. Near the state (dead center), it is almost {zero}. This is a fatal problem of the rotation driving force generating mechanism by human power. The driving force transmission mechanism transmits the driving force by wrapping the chain around a constant diameter driving sprocket attached to the crankshaft and a constant diameter driven sprocket attached to the rear wheel shaft. Since the point is always constant (at top dead center) irrespective of the pedal phase, the transmitted driving force is always the same as the direction of the driving input, and the fluctuating driving input is transmitted as it is as the rotational driving force for the rear wheels. You. As a result, the transmitted driving force fluctuates in a sine curve even if the rotation speed of the crankshaft as the drive input is constant, so that the load repeats ゛ acceleration-deceleration ゛, and the acceleration energy is greater than the deceleration energy At times, the cycle can be continued because of the inertia, but when the load increases, the inertia decreases and the cycle is interrupted (operation is disabled). In particular, since there is no inertia at the time of starting, even when the load is small, the pedal cannot be started near the top dead center. This is a so-called vertical dead center problem, which is an essential problem of the conventional pedaling mechanism.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のペダリング機構
が抱える回転駆動力の脈動や上下死点近傍での回転駆動
力の不足など駆動性能の最も本質的な問題が全く未解決
のまま現在に至っているので、坂道の多い街並みでは十
分に使えないのが現在の自転車である。人力によるペダ
リング機構の抜本的な洗い直しを行い自転車の性能向上
を図ることは極めて重大な課題であろう。
The most essential problems of the driving performance such as the pulsation of the driving force of the conventional pedaling mechanism and the shortage of the driving force in the vicinity of the upper and lower dead center have not been solved at present. The current bicycle cannot be used in a city with many slopes because there are many slopes. It would be a very important task to improve the performance of the bicycle by drastically re-washing the pedaling mechanism with human power.

【0005】[0005]

【問題を解決するための手段】この問題を解決するため
の手段として本発明は次の構成の新しいペダリング機構
の提供を目指すものである。本発明ではペダリング動作
による回転駆動力の発生は従来どおりとしながらも、駆
動力伝達の基点としての駆動側作用点をペダルと所定の
位相差(通常クランク軸中心に45〜90度)で設けること
により、この点に作用する接線方向の駆動力Tと従動側
作用点の方向に作用する伝達駆動力T1がペダル位相a
に応じて角度(90+a+b度)で交叉することになり、伝
達駆動力T1にはサインカーブの逆数的な伝達係数Co
sec(a+b)が働き、駆動入力Tが極めて小さな上
下死点近傍でも、ほぼ一定値となる。前項[0003]て゛
述べたように従来ペダリング機構では伝達駆動力T2の
向きがペダル位相aに関係なく常に駆動力Tと同一であ
ることが機構上の相違点である。即ち駆動力の平準化が
駆動機構の小改善で力学的に実現できるものであり、後
述のとおり出力効率の大幅向上も可能となる。
As a means for solving this problem, the present invention aims to provide a new pedaling mechanism having the following structure. In the present invention, while the rotational driving force is generated by the pedaling operation in the same manner as in the related art, the drive-side working point as the driving force transmission base point is provided with a predetermined phase difference from the pedal (usually 45 to 90 degrees around the center of the crankshaft). As a result, the tangential driving force T acting on this point and the transmission driving force T1 acting in the direction of the driven side acting point are changed by the pedal phase a.
At an angle (90 + a + b degrees), and the transmission driving force T1 has a reciprocal transmission coefficient Co of a sine curve.
sec (a + b) works, and the drive input T becomes a substantially constant value even in the vicinity of the extremely small top and bottom dead center. As described in the previous section [0003], in the conventional pedaling mechanism, the difference in mechanism is that the direction of the transmission driving force T2 is always the same as the driving force T regardless of the pedal phase a. That is, the driving force can be leveled mechanically with a small improvement of the driving mechanism, and the output efficiency can be greatly improved as described later.

【0006】[0006]

【新しいペダリング機構の駆動特性】180度位相差でク
ランク軸に配置した左右各々の駆動側作用点と後輪軸の
従動側作用点をラック/ピニオン機構(詳細は後述)で
連結した「リンク式ペダリング機構」を基に、駆動性能
の力学的解析について説明する。(図1)は駆動側作用
点A1を中心にした力学的関係を示した模式図であり、
人力による垂直方向を主にした駆動力Wの接線方向成分
が駆動側作用点A1における接線方向駆動力Tとして発
生する。この時、駆動側作用点A1から従動側作用点A2
の方向に作用する伝達駆動力T1(=ラックの軸方向推
力)は、駆動側作用点A1の法線に対してペダル位相a
と駆動側作用点A1の初期位相bを加えた角度a+bで交
叉するので伝達駆動力T1の接線方向成分T1 sin
(a+b)が駆動力Tと衡り合うことになる。ここで初
期位相bはペダリング機構における寸法諸元とペダル位
相aの函数であり実際的には0〜10度の範囲にとどめる
ことができる。(数式1)、(数式2)、(数式3)は上
記の力学的関係を表現したものである。又駆動側作用点
A1における伝達駆動力T1の従動側作用点A2の方向へ
の伝達速度V1は駆動力Tの接線方向速度Vと角度90−
(a+b)で交叉するのでVのその方向速度成分と見な
すことができ(数式4)で表現される。[図3]は(数式
1)、(数式2)、(数式3)をグラフ化したものであ
り、伝達駆動力T1の駆動力Tに対する比率を駆動力
比、伝達駆動速度V1の駆動速度Vに対する比率を駆動
速度比とし、又、初期位相角aをきめるペダリング機構
の寸法諸元d=R/Lの値をパラメーターとして示して
いる。
[Drive characteristics of the new pedaling mechanism] "Link type pedaling" in which the right and left drive side working points arranged on the crankshaft and the driven side working point of the rear wheel axle are connected by a rack / pinion mechanism (details will be described later) with a phase difference of 180 degrees. The mechanical analysis of the driving performance will be described based on the “mechanism”. (FIG. 1) is a schematic diagram showing a mechanical relationship centering on the driving side action point A1,
The tangential component of the driving force W mainly in the vertical direction due to human power is generated as the tangential driving force T at the driving side action point A1. At this time, the driving side operating point A1 is shifted from the driven side operating point A2.
The transmission driving force T1 (= axial thrust of the rack) acting in the direction of the arrow A is the pedal phase a
Intersects at an angle a + b obtained by adding the initial phase b of the drive-side action point A1, so that the tangential component T1 sin of the transmission drive force T1
(A + b) balances the driving force T. Here, the initial phase b is a function of the dimensions of the pedaling mechanism and the pedal phase a, and can be practically kept within the range of 0 to 10 degrees. (Equation 1), (Equation 2), and (Equation 3) express the above-mentioned mechanical relationship. The transmission speed V1 of the transmission driving force T1 in the direction of the driven side operation point A2 at the driving side operation point A1 is equal to the tangential speed V of the driving force T and the angle 90-.
Since it crosses at (a + b), it can be regarded as the velocity component in that direction of V and is expressed by (Equation 4). [Figure 3]
1), (Equation 2) and (Equation 3) are graphed, wherein the ratio of the transmission driving force T1 to the driving force T is the driving force ratio, and the ratio of the transmission driving speed V1 to the driving speed V is the driving speed ratio. In addition, the value of the dimension d = R / L of the pedaling mechanism that determines the initial phase angle a is shown as a parameter.

【数1】 (Equation 1)

【数2】 (Equation 2)

【数3】 (Equation 3)

【数4】 (Equation 4)

【0007】[0007]

【特性比較】(図3)より明らかなように従来のペダリ
ング機構での伝達駆動力T2は駆動入力Tと同一であ
り、ペダル位相aに対してサインカーブ的に変化するが
新しいペダリング機構では伝達駆動力T1は駆動入力T
がサインカーブ的に変動しても伝達係数が働くため位相
角aに対してほぼ一定値に維持される。駆動入力速度V
を一定にして駆動した時の伝達駆動速度は、従来ペダリ
ング機構では負荷が0の時はV2=V(一定値)になる
が、新しいペダリング機構ではV1=Vsin(a+b)
となりサインカーブ的に変動する。駆動出力は伝達駆動
力から負荷を差引いた正味駆動力に伝達速度を乗じたも
のであるので、従来のペダリング機構ではペダルの位相
aが上下死点近傍では正味駆動力は常にマイナスになる
ため惰力がないと連続運転できないが、新ペダリング機
構では負荷が伝達駆動力以内の範囲では常に正味駆動力
はプラスに維持でき、その正味駆動力に伝達速度Vsi
n(a+b)を乗じたものが出力となる。この負荷と出
力の関係は(数式6)、(数式7)で表わすことが出来、
たて軸に正味駆動出力の最大駆動出力に対する比率を出
力効率y1(新しいペダリング機構)、y2(従来のペダ
リング機構)として、又負荷の駆動入力に対する比率を
負荷率xとして、このxをパラメーターにして出力効率
y1、y2のペダル位相aによる変化を(図4)に示す。
又、加速エネルギーは正味駆動出力を時間で積分したも
ので、負荷に打ち勝って加速できる総エネルギーを意味
し、負荷率xが0の時の加速エネルギーを最大加速エネ
ルギーとした時、加速エネルギーの最大加速エネルギー
に対する比率である加速エネルギー比e1(新ペダリン
グ機構)、e2(従来のペダリング機構)と負荷率xの
関係は(数式8)、(数式9)で表わすことが出来、(図
5)はそれをグラフ化したものである。(図7),(図
8)より明らかな様に、出力効率は従来のペダリング機
構では惰力により過不足エネルギーを吸収しても負荷率
xが平均駆動力である駆動入力の64%が運転限界である
のに対して新ペダリング機構では負荷率xが100%まで運
転可能となる。各負荷率での加速エネルギーには大きな
差異があり、出力効率の抜本的改善を示すものである。
[Characteristic comparison] (FIG. 3) As is clear from FIG. 3, the transmission driving force T2 in the conventional pedaling mechanism is the same as the driving input T, and changes in a sine curve with respect to the pedal phase a. The driving force T1 is the driving input T
Is maintained in a substantially constant value with respect to the phase angle a because the transfer coefficient acts even if f varies like a sine curve. Drive input speed V
Is constant when the load is 0 in the conventional pedaling mechanism, but V1 = Vsin (a + b) in the new pedaling mechanism.
It fluctuates like a sine curve. Since the drive output is obtained by multiplying the net drive force obtained by subtracting the load from the transfer drive force by the transfer speed, in the conventional pedaling mechanism, the net drive force is always negative when the phase a of the pedal is near the top and bottom dead center, so that Although continuous operation cannot be performed without force, the new pedaling mechanism can always maintain the net driving force to be positive when the load is within the transmission driving force, and the transmission speed Vsi
The product multiplied by n (a + b) is the output. The relationship between the load and the output can be expressed by (Equation 6) and (Equation 7).
On the vertical axis, the ratio of the net drive output to the maximum drive output is output efficiency y1 (new pedaling mechanism) and y2 (conventional pedaling mechanism), and the ratio of load to drive input is load factor x. FIG. 4 shows changes in the output efficiencies y1 and y2 due to the pedal phase a.
The acceleration energy is obtained by integrating the net drive output with time, and means the total energy that can overcome the load and can be accelerated. When the acceleration energy when the load factor x is 0 is the maximum acceleration energy, the acceleration energy is the maximum. The relationship between the acceleration energy ratios e1 (new pedaling mechanism) and e2 (conventional pedaling mechanism), which are ratios to the acceleration energy, and the load factor x can be expressed by (Equation 8) and (Equation 9).
5) is a graph of it. (Figure 7), (Figure
8) As is clear, the output efficiency of the conventional pedaling mechanism is 64% of the drive input where the load factor x is the average drive force, even if the excess or deficiency energy is absorbed by the inertia, while the drive limit is the operating limit. With the new pedaling mechanism, it is possible to operate the load factor x up to 100%. There is a great difference in the acceleration energy at each load factor, indicating a drastic improvement in output efficiency.

【数5】 (Equation 5)

【数6】 (Equation 6)

【数7】 (Equation 7)

【数8】 (Equation 8)

【数9】 (Equation 9)

【0008】自転車のペダリング機構は運転者Hのペダ
リング操作力をクランク軸13の回転力に変える駆動力発
生機構10と、クランク軸13に生じた力を後輪軸27に伝達
するための駆動力変換伝達機構とからなる(図6)。
The pedaling mechanism of the bicycle includes a driving force generating mechanism 10 for converting the pedaling operation force of the driver H into a rotating force of the crankshaft 13, and a driving force conversion for transmitting the force generated on the crankshaft 13 to the rear wheel shaft 27. It consists of a transmission mechanism (Fig. 6).

【0009】駆動力発生機構10はそれぞれ先端部にペダ
ル11を備え、運転者Hの左右の足に対応する一対のペダ
ルアーム12、12とクランク軸13とからなり、又、駆動力
変換伝達機構20は先端部に支点部材22を備える一対のク
ランクアーム21、21と、一対のラック23、23と、一対の
ピニオンギヤユニット26と、後輪軸27とからなる(図
6)、(図7)。
The driving force generating mechanism 10 has a pedal 11 at a tip end thereof, and includes a pair of pedal arms 12, 12 corresponding to the left and right feet of the driver H and a crankshaft 13, and a driving force conversion transmitting mechanism. Reference numeral 20 includes a pair of crank arms 21, 21 having a fulcrum member 22 at the distal end, a pair of racks 23, 23, a pair of pinion gear units 26, and a rear wheel shaft 27 (see FIG.
6), (Fig. 7).

【0010】一対のクランクアーム21、21は、180度対
称位置でクランク軸13の両端に固定されている。駆動側
作用点としての一対の支点部材22は、各クランクアーム
21の先端部の側方に外側を向けて突設されている(図
1、図2)。又、一対のラック23、23は、機能的にコネク
ティングロッドでもあり、その一端には各々支点部材2
2、22に適合する連結軸受23j、23jが取付けられてい
る。
The pair of crank arms 21 are fixed to both ends of the crankshaft 13 at 180-degree symmetric positions. A pair of fulcrum members 22 as drive-side action points are connected to each crank arm.
It protrudes outward from the side of the tip of 21 (Fig.
1, Figure 2). Further, the pair of racks 23, 23 are also functionally connecting rods, and one end of each of them is a fulcrum member 2 respectively.
Connection bearings 23j, 23j suitable for 2, 22 are attached.

【0011】一対のラック23、23は、連結軸受23j、23
j内に支点部材22、22を挿通させることによって、支点
部材22、22に対して揺動自在に連結されている。又、一
対のペダルアーム12、12は各々連結軸受23j、23jの外
側から支点部材22、22に固定されている。この際、各ク
ランクアーム21、21に対するペダルアーム12、12の取付
け角度は、各ペダルアーム12のペダル11の位置が、ペ
ダルアーム12をクランクアーム21と位相差(45〜90度)
をなすように直接クランク軸に取付けたと仮定した場合
におけるペダル11の位置と同等となるように設定されて
いる。従って、一対のペダル11、11は、クランク軸13を
挟んで丁度反対側に位置している(図9)。
[0011] The pair of racks 23, 23 are provided with connecting bearings 23j, 23.
The fulcrum members 22 and 22 are inserted into j to be swingably connected to the fulcrum members 22 and 22. Further, the pair of pedal arms 12, 12 are fixed to the fulcrum members 22, 22, respectively, from outside the connection bearings 23j, 23j. At this time, the mounting angle of the pedal arms 12, 12 with respect to the crank arms 21, 21 is such that the position of the pedal 11 of each pedal arm 12, the phase difference between the pedal arm 12 and the crank arm 21 (45 to 90 degrees)
The position is set to be equivalent to the position of the pedal 11 when it is assumed that the pedal 11 is directly attached to the crankshaft. Therefore, the pair of pedals 11, 11 are located on opposite sides of the crankshaft 13 (FIG. 9).

【0012】一端側を支点部材22、22に連結した一対の
ラック23、23の他端側はそれぞれ対応するピニオンギヤ
ユニット26のケーシング26aを摺動自在に貫通し、後方
側に抜けている(図6、図7)。ピニオンギヤユニット26
の内部には、ピニオンギヤ25及びピニオンギヤ25と同軸
に配置したワンウェイクラッチ24とが組み込まれケーシ
ング26aの前面と後面にはリニア軸受26b、26bを嵌入
した貫通孔が形成されている(図8)。
The other ends of the pair of racks 23, 23 having one ends connected to the fulcrum members 22, 22 slidably penetrate the casings 26a of the corresponding pinion gear units 26, respectively, and are pulled out rearward (see FIG. 1). 6, Figure 7). Pinion gear unit 26
, A pinion gear 25 and a one-way clutch 24 coaxially arranged with the pinion gear 25 are incorporated, and through holes formed with linear bearings 26b, 26b are formed in the front and rear surfaces of the casing 26a (FIG. 8).

【0013】一対のピニオンギヤユニット26、26は、そ
れぞれワンウェイクラッチ24とピニオンギヤ25の中心に
後輪軸27の一端を通して抜け止め処理することによっ
て、ピニオンギヤユニット26全体が後輪軸27に対して揺
動することが出来るように取付けられる。この際、ピニ
オンギヤ25は、後輪軸27を軸として自由に回転すること
ができ、ワンウェイクラッチ24は後輪軸27に固定され
る。又、ワンウェイクラッチ24はピニオンギヤ25が自転
車の進行方向に回転するときにのみ、ピニオンギヤと連
結動作をする方向に組合わされている。
The pair of pinion gear units 26 and 26 are respectively processed to prevent the one-way clutch 24 and the pinion gear 25 from coming off through one end of the rear wheel shaft 27 so that the entire pinion gear unit 26 swings with respect to the rear wheel shaft 27. It is attached so that it can be done. At this time, the pinion gear 25 can freely rotate around the rear wheel shaft 27, and the one-way clutch 24 is fixed to the rear wheel shaft 27. Also, the one-way clutch 24 is engaged with the pinion gear in the direction of performing the connecting operation only when the pinion gear 25 rotates in the traveling direction of the bicycle.

【0014】一方、ラック23の下側に刻まれたギヤ歯23
gは、ラック23がリニア軸受26b、26bを介してケーシ
ング26aに挿通された際に、ピニオンギヤ25と互いに噛
合しており、従動側作用点として働いている。この結
果、ラック23の一端が上下に振れてもピニオン25は回転
せず、ラック23がその軸方向に往復運動するときのみピ
ニオンギヤは回転する。さらに、後輪軸27は、ワンウェ
イクラッチ24によってピニオンギヤ25が自転車の進行方
向に回転するときのみ同方向に駆動される。
On the other hand, the gear teeth 23 engraved below the rack 23
g is engaged with the pinion gear 25 when the rack 23 is inserted into the casing 26a via the linear bearings 26b, 26b, and serves as a driven side action point. As a result, even if one end of the rack 23 swings up and down, the pinion 25 does not rotate, and the pinion gear rotates only when the rack 23 reciprocates in its axial direction. Further, the rear wheel axle 27 is driven by the one-way clutch 24 in the same direction only when the pinion gear 25 rotates in the traveling direction of the bicycle.

【0015】上記のように組込まれた自転車のペダリン
グ機構は次のように作動する。運転者Hがペダリング操
作することによりクランクアーム21及び、ペダルアーム
12がクランク軸13を中心に回転運動をするとともに、駆
動力伝達の基点である支点部材22に生ずる接線方向の駆
動入力Tは後輪への伝達駆動力としてラックの軸方向推
力に変換されるが、その接線方向成分が駆動入力T衡り
合う大きさとなる。即ち、前項[0006]で記述のとお
り、駆動力T対してサイン函数の逆数的な伝達係数が働
くためペダル位相aが変化してもほぼ一定値の伝達駆動
力を生じることになる(図1)。
The bicycle pedaling mechanism incorporated as described above operates as follows. When the driver H performs pedaling operation, the crank arm 21 and the pedal arm
12 rotates around the crankshaft 13, and a tangential drive input T generated at a fulcrum member 22 which is a base point of drive force transmission is converted into an axial thrust of a rack as a drive force transmitted to the rear wheels. However, the magnitude of the tangential component balances the drive input T. That is, as described in the preceding section [0006], a reciprocal transmission coefficient of a sine function acts on the driving force T, so that a substantially constant transmission driving force is generated even when the pedal phase a changes (FIG. 1). ).

【0016】本発明の駆動力変換伝達機構20は、クラン
ク軸13に取付ける駆動スプロケット28と後輪軸27に取付
ける従動スプロケット29と駆動スプロケット28と従動ス
プロケット29との間に巻き掛けるチェーンCHとによっ
て構成することもできる(図2)。
The driving force conversion transmission mechanism 20 of the present invention comprises a driving sprocket 28 mounted on the crankshaft 13, a driven sprocket 29 mounted on the rear wheel shaft 27, and a chain CH wound around the driving sprocket 28 and the driven sprocket 29. (Figure 2).

【0017】駆動スプロケット28には、クランク軸13を
挟んで180度の対称位相で、力の駆動側作用点としての
機能をもたせるため、スプロケット半径よりも小さな曲
率半径の歯形部28P、28Pを有する長円形のものが用い
られ、従動スプロケット29(従来のペダリング機構と全
く同一構造)は、ワンウェイクラッチ24を介して後輪軸
27に取付けられ、チェーンCHにはテンショナー29tが
付設されている。又、ペダリングアーム12、12と駆動ス
プロケット28とはその両端の歯部がペダルに対してクラ
ンク軸を中心に位相差(45〜90度)で位置決めされてい
る(図2)。
The drive sprocket 28 has tooth profiles 28P, 28P having a radius of curvature smaller than the sprocket radius in order to provide a function as a drive-side action point of force with a symmetric phase of 180 degrees across the crankshaft 13. An elliptical one is used, and the driven sprocket 29 (having the same structure as the conventional pedaling mechanism) is connected to the rear wheel axle via the one-way clutch 24.
The chain CH is provided with a tensioner 29t. The teeth on both ends of the pedaling arms 12, 12 and the drive sprocket 28 are positioned with respect to the pedal with a phase difference (45 to 90 degrees) about the crankshaft (FIG. 2).

【0018】本ペダリング機構を作動した時の駆動特性
は、基本的には[0006]で記述の通りであるが、駆動側
作用点としての両端歯形部が前項リンク式の支点部のよ
うに完全な固定点ではなくペダルの位相aに応じてチェ
ーンとの噛合い点が若干変動するのでこの分だけ特性曲
線に微小の差異が生じる。
The driving characteristics when the present pedaling mechanism is operated are basically as described in [0006], but the tooth profile at both ends as the driving side action point is completely the same as the link type fulcrum described in the preceding paragraph. Since the meshing point with the chain slightly fluctuates according to the phase a of the pedal instead of the fixed point, a slight difference occurs in the characteristic curve by this amount.

【0019】[0019]

【発明の効果】前項[0006][0007]で記述の通り、駆
動力伝達の基点となる駆動側作用点をペダルと所定の位
相差をもたせて設けることにより、伝達駆動力の特性が
大きく変わり、人力による現状ペダリング機構が抱える
上死点問題など最も本質的な問題が機構の小さな改善で
解消でき、出力効率の大幅な向上が実現できる。端的に
は上死点で重かったペダル操作が軽くなり、急な坂道で
も惰走なく登坂できること、平地では軽く速度アップが
可能となる。
As described in the above paragraphs [0006] and [0007], by providing a drive-side action point, which is a base point of drive force transmission, with a predetermined phase difference from the pedal, the characteristics of the transmitted drive force are greatly changed. The most essential problems such as the top dead center problem of the current pedaling mechanism by human power can be solved with a small improvement of the mechanism, and the output efficiency can be greatly improved. In short, the pedal operation that was heavy at the top dead center becomes lighter, and it is possible to climb up a steep hill without coasting, and it is possible to speed up lightly on flat terrain.

【0020】[0020]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のリンク式ペダリング機構の力学的関係
図である。
FIG. 1 is a mechanical relationship diagram of a link-type pedaling mechanism of the present invention.

【図2】本発明の特殊スプロケット方式ペダリング機構
の力学的関係図である。
FIG. 2 is a mechanical relationship diagram of a special sprocket type pedaling mechanism of the present invention.

【図3】本発明のペダリング機構の駆動力線図である。FIG. 3 is a driving force diagram of the pedaling mechanism of the present invention.

【図4】本発明のペダリング機構の出力線図である。FIG. 4 is an output diagram of the pedaling mechanism of the present invention.

【図5】本発明のペダリング機構の加速エネルギー線図
である。
FIG. 5 is an acceleration energy diagram of the pedaling mechanism of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態を模式的に示した側面図で
ある。
FIG. 6 is a side view schematically showing an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態における動力伝達機構の分
解斜視図である。
FIG. 7 is an exploded perspective view of the power transmission mechanism according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態における動力伝達機構の要
部を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a main part of the power transmission mechanism according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態における駆動力発生機構図
である。
FIG. 9 is a diagram of a driving force generating mechanism according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

CH チェーン 12 ペダルアーム 13 クランク軸 22 支点部材 23 ラック 24 ワンウェイクラッチ 25 ピニオンギヤ 27 後輪軸 28 駆動スプロケット 29 従動スプロケット CH chain 12 pedal arm 13 crankshaft 22 fulcrum member 23 rack 24 one-way clutch 25 pinion gear 27 rear wheel shaft 28 drive sprocket 29 driven sprocket

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 180度対称の左右ペダルに対して各々常
に所定の位相差(通常45〜90度)で駆動入力を伝達する
ためのクランク軸を中心にした力の作用点(以下駆動側
作用点と呼ぶ)を有する駆動力発生機構と、後輪軸を中
心にした力の作用点(以下従動側作用点と呼ぶ)をリン
クあるいはチェーンで直結することによりペダリング動
作により旋回運動する駆動側作用点に生ずるクランク軸
の接線方向駆動力を、駆動側作用点から従動側作用点の
方向に変換して伝達する動力変換伝達機構で構成される
自転車のペダリング機構。
1. A point of action of a force centering on a crankshaft for transmitting a drive input with a predetermined phase difference (usually 45 to 90 degrees) to right and left pedals symmetrical with respect to 180 degrees (hereinafter referred to as a drive side action). A driving force generating mechanism having a driving point, and a driving point of force that pivots by pedaling operation by directly connecting a point of application of a force centered on the rear wheel axle (hereinafter referred to as a driven point of operation) with a link or a chain. A pedaling mechanism for a bicycle comprising a power conversion transmission mechanism that converts the tangential driving force of the crankshaft generated in the above to the direction from the driving side working point to the driven side working point and transmits the converted power.
【請求項2】 [請求項1]において駆動側作用点とし
て180度位相差の2点クランク軸と、この両端に各々所定
の位相差(45〜90度)で左右のペダルアームを固定した
駆動力発生機構と、後輪軸の両端にワンウェイクラッチ
を介して取り付けた左右ラック/ピニオンユニットの各
一端をクランク軸に軸受を介して結合した構造の駆動力
の変換伝達機構で構成され、駆動側作用点でのクランク
軸に対して接線方向の駆動力がラック軸の方向に変換さ
れて伝達され、従来のチェーン駆動に替ってリンクを介
して後輪を直接駆動することを特徴とする自転車のペダ
リング機構。
2. A drive in which a two-point crankshaft having a phase difference of 180 degrees as a drive-side action point and left and right pedal arms fixed at both ends thereof with a predetermined phase difference (45 to 90 degrees). It is composed of a force generating mechanism and a driving force conversion transmission mechanism having a structure in which each end of a left / right rack / pinion unit attached to both ends of a rear wheel shaft via a one-way clutch is coupled to a crank shaft via a bearing. The bicycle is characterized in that the driving force in the tangential direction with respect to the crankshaft at the point is converted into the direction of the rack shaft and transmitted, and the rear wheels are directly driven via links instead of the conventional chain drive. Pedaling mechanism.
【請求項3】 [請求項1]において従来の円形スプロ
ケットに替ってクランク軸心に対して180度対称位相
に、駆動側作用点としての機能をもたせるため回転半径
よりも小さな曲率半径の2ヶの歯部をもつ特殊形状スプ
ロケットと、この両端歯部(作用点)よりも各々所定の
位相差(45〜90度)で左右ペダルアームをクランク軸の
両端に固定した構造の駆動力発生機構と、これにチェー
ンあるいはベルトを巻き掛けて後輪を駆動する動力変換
伝達機構で構成される自転車のペダリング機構。 【発明の実施の形態】以下、図面を引用しながら本発明
の実施の形態を説明する。
3. The method according to claim 1, wherein the conventional circular sprocket is replaced with a 180 ° symmetrical phase with respect to the crankshaft center to provide a function as a drive side action point. A specially shaped sprocket with two teeth, and a driving force generating mechanism with a structure in which the left and right pedal arms are fixed to both ends of the crankshaft with a predetermined phase difference (45 to 90 degrees) from both end teeth (action point) And a power conversion transmission mechanism that drives a rear wheel by winding a chain or belt around the pedaling mechanism. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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