JP4627524B2 - 自転車シミュレータ - Google Patents

Description

本発明は、自転車シミュレータに係り、特に、小型軽量かつ簡単な構成によってペダル踏力に負荷を与え、かつペダル負荷の調整が容易な踏力調整機構を備えた自転車シミュレータに関する。

従来から、自転車での走行を疑似体験する自転車シミュレータにおいて、より実走行に近い乗車フィーリングが得られるよう、ペダル踏力に適切な負荷を加える機構を備えた構成が知られている。

特許文献１には、ペダルの回転軸と発電機とを歯車列で連結し、この発電機の発電時の回転抵抗によってペダルに負荷を加えるようにした構成が開示されている。

また、特許文献２には、自転車の後輪の外周部に接するフライホイールを設け、このフライホイールの回転抵抗によってペダルに負荷を加えるようにした構成が開示されている。
特開２００６−９１２３０号公報 特開平１０−２４１３７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、ペダルまわりの構造が複雑化すると共に、発電機や歯車列を備えることで自転車シミュレータの重量が増加しやすかった。また、ペダル負荷の調整にはチョッパ回路等の電気的な制御部が必要となり、生産コストが増大しやすいという課題もあった。

また、特許文献２の技術では、ペダルで駆動する実際の後輪の外周部に抵抗発生手段を備えるので、実走行に近いペダル負荷が得やすいものの、自転車シミュレータが大型化しやすいという課題があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、小型軽量かつ簡単な構成によってペダル踏力に負荷を与え、かつペダル負荷の調整が容易な踏力調整機構を備えた自転車シミュレータを提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明は、車体に回転可能に軸支されたペダルと、前記ペダルと一体的に回転するスプロケットと、前記スプロケットに巻き掛けられた無端状チェーンと、前記無端状チェーンによって回転駆動されるフライホイールとを有する自転車シミュレータにおいて、前記フライホイールは、前記ペダルと、前記車体の後方側で床面と接して前記車体を支持する支持部との間に配設され、前記フライホイールの車体前方側に、該フライホイールの外周面に接触して従動回転することで前記フライホイールに回転抵抗を与えるローラが配設されている点に第１の特徴がある。

また、前記ローラを回転自在に軸支するローラ支持部材が、前記ペダルの回転軸の外筒部に揺動自在に取り付けられ、前記ローラ支持部材が、該ローラ支持部材と前記車体との間に配設されたスプリングの付勢力によって前記ローラを前記フライホールに押圧し、かつ前記付勢力の変更によって前記回転抵抗が調整されるように構成されている点に第２の特徴がある。

また、前記ローラの外周部がゴム部材で構成されている点に第３の特徴がある。

また、前記回転抵抗の調整は、前記スプリングに取り付けられたボルトおよびナットの締め付け量の変更で行われる点に第４の特徴がある。

また、前記フライホイールに、後輪側ブレーキレバーで操作されるブレーキが取り付けられている点に第５の特徴がある。

また、前記支持部は、ゴム製のタイヤを使用した車輪で構成されている点に第６の特徴がある。

さらに、前記スプロケットから前記フライホイールまでがカバー部材で覆われている点に第７の特徴がある。

第１の発明によれば、フライホイールは、ペダルと、車体の後方側で床面と接して車体を支持する支持部との間に配設されており、フライホイールの車体前方側に、該フライホイールの外周面に接触して従動回転することでフライホイールに回転抵抗を与えるローラが配設され、ローラを回転自在に軸支するローラ支持部材が、ペダルの回転軸の外筒部に揺動自在に取り付けられているので、簡単な構成によって適切なペダル負荷が与えられる自転車シミュレータを得ることができる。また、簡単な構成からなる踏力調整機構が車体の略中央に配設されるので、自転車シミュレータの小型化およびマスの集中が可能となる。さらに、ペダル負荷の調整に電気的な制御部等が不要なので、自転車シミュレータの生産工数を低減し、かつメンテナンス性を高めることができる。

第２の発明によれば、ローラ支持部材が、ローラ支持部材と車体との間に配設されたスプリングの付勢力によってローラをフライホールに押圧し、かつ付勢力の変更によって回転抵抗が調整されるように構成されているので、ペダル負荷の調整が簡単な自転車シミュレータが得られるようになる。

第３の発明によれば、ローラの外周部がゴム部材で構成されているので、ゴムの弾性によるダンパー効果によって実走行に近い回転抵抗、換言すれば、実車に近いペダルの踏み心地を得ることができる。

第４の発明によれば、スプリングに取り付けられたボルトおよびナットの締め付け量の変更によって回転抵抗の調整を行うので、ペダル負荷の調整を簡単に行うことが可能となる。

第５の発明によれば、後輪側ブレーキレバーで操作されるブレーキがフライホイールに取り付けられているので、実際に回転駆動されるフライホイールを制動することで、実走行に近い後輪側ブレーキの操作感を得ることができる。

第６の発明によれば、支持部がゴム製のタイヤを使用した車輪で構成されているので、実際の自転車に似た乗り心地を得ることが可能となる。

第７の発明によれば、スプロケットからフライホイールまでがカバー部材で覆われているので、駆動部への埃や水分の浸入を防ぐと共に運転時の静粛性を高め、さらに、自転車シミュレータの外観性および商品性の向上ができるようになる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る自転車シミュレータの斜視図である。自転車シミュレータ１は、実際に自転車を運転しているような疑似感覚を乗員に与えることで、自転車における交通安全指導のほか、各種のゲーム機、トレーニング機器等に使用することができる。本実施形態に係る自転車シミュレータ１は、実際の自転車に似た車体構造を有する模擬自転車２０と、モニタや制御部からなる演出機器部１０とから構成されている。

演出機器部１０は、コンピュータ本体からなる制御部１４が配設される本体枠１３の上部に、２つのサブモニタ１２を有するモニタ１１を取り付けた構成とされている。制御部１４には、模擬自転車２０に各部に取り付けられたセンサによって乗員の操作情報が入力され、モニタ１１には、乗員の操作に応じた各種の映像が映し出される。モニタ１１の左右両側に取り付けられるサブモニタ１２は、例えば、走行中のバックミラーに映る映像を流すほか、スピーカーを内蔵することで映像に合わせた指示音声や効果音等をステレオ出力したり、マイクを内蔵することで乗員の声による指示入力を受け付けるように構成することもできる。

模擬自転車２０は、通常の自転車における前輪側を、床面および前記演出機器部１０の本体枠１３に固定し、後輪側は、ゴム製のタイヤを使用したダミーの車輪によって床面に支持する構成とされている。メインフレームとしてのダウンチューブ３０の前方には、ヘッドパイプ２６を回動可能に軸支するヘッドチューブ３２が結合され、ヘッドパイプ２６の上端部には、乗員が両手で操作するハンドルバー２１が取り付けられている。該ハンドルバー２１には、前輪用ブレーキレバー２２および後輪用ブレーキレバー２４が揺動可能に取り付けられている。

ヘッドチューブ３２の下方には、樹脂等のケースで覆われた制御ボックス２７および左右一対のフロントフォーク２８が取り付けられている。制御ボックス２７の内部には、ハンドルバー２１の回動動作に適度な手応えを与えるハンドル抵抗発生器およびハンドルバー２１の舵角を検知するセンサ（不図示）が収納されている。前記ハンドル抵抗発生器は、ハンドルバー２１を中立位置に戻そうとする弾発力を発生するゴム部材や、ハンドルバー２１の回動軸に摩擦部材を押圧するアクチュエータ等で構成することができる。なお、該アクチュエータを制御部１４によって制御し、走行状態に合わせて抵抗の大きさを変えるように構成してもよい。

制御ボックス２７には、前輪用ブレーキレバー２２に接続された前輪用ブレーキワイヤ２３が挿入されており、その先端部には、前輪用ブレーキレバー２２の揺動操作に適度な手応えを与えるブレーキ抵抗発生器および前輪用ブレーキワイヤ２３の摺動量によって前輪用ブレーキの操作量を検知するセンサ（不図示）が取り付けられている。前記ブレーキ抵抗発生器は、前輪用ブレーキワイヤ２３の摺動に伴って弾性変形するゴム部材等で構成することができる。また、フロントフォーク２８の下端部には、床面に接地する支持パイプ２９が結合されており、フロントフォーク２８の側面と前記本体枠１３とが支持ステー１５で固定されることで、模擬自転車２０と演出機器部１０とが安定的に支持されることになる。

前記ダウンチューブ３０の後方側には、乗員が着座するサドル３３が取り付けられたシートピラー４２を支持するシートチューブ３１が結合され、ダウンチューブ３０とシートチューブ３１との間には、補強部材としてのサブフレーム３０ａが配設されている。また、シートチューブ３１の後方側に、左右一対のトラス構造で後輪８０を支持するパイプ状のチェーンステー３９およびシートステー４０結合されている。そして、チェーンステー３９の前端部には、回転軸（クランク軸）の左右に連結された一対のクランクと、該クランクの先端に設けられた踏部とからなるペダル３４が回転可能に軸支されている。なお、前記サドル３３およびハンドルバー２１の高さは、乗員の体格に合わせて調整可能である。

乗員が模擬自転車２０のペダル３４を漕ぐと、該ペダル３４に結合されたスプロケット３５に巻き掛けられた無端状のドライブチェーン３６が駆動される。このドライブチェーン３６は、ペダル３４の車体後方側に回転可能に取り付けられたフライホイール３７の回転軸に取り付けられたスプロケット（不図示）に巻き掛けられており、これにより、乗員のペダル操作に伴ってフライホイール３７が回転駆動されることになる。そして、このフライホイール３７の車体前方側に、該フライホイール３７の外周面に接するローラを有するペダル踏力調整機構５０が取り付けられており、フライホイール３７の回転抵抗を調整することによって、ペダル３４の回転に必要な踏力、すなわちペダル負荷の変更が可能とされる。

また、前記フライホイール３７の回転軸と該回転軸に取り付けられるスプロケット（不図示）との間には一方向クラッチが配設されており、通常の自転車と同様の惰性走行を再現することができる。また、車体側に取り付けられたセンサ（不図示）でフライホイール３７の回転速度を検知することによって、模擬自転車２０の疑似的な速度が前記制御部１４において算出される。前記フライホイール３７には、前記後輪用ブレーキレバー２４によって操作されるドラムブレーキ３８が取り付けられており、実際に回転駆動されるフライホイール３７を制動することで、実走行に近いリヤブレーキ操作の感触を得ることができる。なお、後輪用ブレーキレバー２４に連結される後輪用ブレーキワイヤ２５の摺動量を検知するセンサを設けることで、後輪用ブレーキの操作量を制御部１４に入力することも可能である。

前記したように、本実施形態に係る模擬自転車２０の後端部は、通常の自転車と同様のゴムタイヤを使用した後輪８０で床面に支持されているので、実際の自転車に似た乗り心地を得ることができるが、この車体後方側の支持部は、ゴムタイヤに代えて、衝撃吸収機構を有する支持台等で構成することも可能である。なお、自転車シミュレータ１は、模擬自転車２０のフロントフォーク２８に衝撃吸収機構を設けたり、ハンドルバー２１に小型のモニタを取り付ける等の種々の変形が可能である。

図２は、模擬自転車２０の一部拡大図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。この図では、左右一対のチェーンステー３９およびシートステー４０のうち、車幅方向左側を取り外した状態を示している。前記フライホイール３７は、チェーンステー３９およびシートステー４０に固定される支持板６２に回転軸６３を中心に回転自在に軸支されている。また、フライホイール３７に制動力を与えるドラムブレーキ３８は、前記後輪用ブレーキレバー２４の操作により後輪用ブレーキワイヤ２５に連結された揺動アーム６１が車体前方に引かれると、ケースの内周面にブレーキシュー（不図示）が押しつけられて摩擦力が発生する構成とされ、ケースの前方側に形成された延出部３８ａによってチェーンステー３９に対して回動不能となるように車体に取り付けられている。なお、ブレーキシステムは、ディスク式ブレーキや、フライホイールの外周部を挟むカンチ式のリムブレーキ等を使用する構成としてもよい。

前記ペダル３４は、踏部４４およびこれを回転自在に軸支するクランク４３とからなり、該クランク４３の回転軸を回転自在に軸支する外筒部４１に、揺動軸５３を中心に揺動自在とされるローラ支持部材５２が取り付けられている。そして、このローラ支持部材５２の他端側の回転軸５４によってローラ５１が回転自在に軸支されている。該ローラ５１は、ローラ中心部５１ａの外周側にゴム製のライニングを取り付けた構成とされており、ゴムの弾性によるダンパー効果によって、実走行に近い回転抵抗、すなわち、実車に近いペダルの踏み心地を得ることが可能となる。

前記ローラ支持部材５２には、その略中央にコイルばねによるスプリング５５の一端側が係合されており、該スプリング５５の付勢力によって常に車体後方側に揺動するように構成されている。そして、スプリング５５の他端側は、車体側に固定される取付ステー５７を貫通するボルト５８に連結されており、取付ステー５７に対するボルト５８の突出量を変更することによって、スプリング５５が発生する付勢力の強さを調整することができる。この調整作業は、取付ステー５７の上側に固定されたナット６０に対して、前記ボルト５８のネジ頭５９を回動させることで簡単に行うことができる。また、このボルトとナットによる調整機構は、車体側に固定される取付ステー５７にネジ頭５９を有するボルト５８を螺合させ、取付ステー５７と別体式のナット６０を調整位置のロック用ナットとする構成としてもよい。なお、ネジ頭５９に、図示するような延長棒５６を取り付けて踏力調整機構５０からやや離れた位置での調整作業を可能としたり、前記制御部１４によって制御される駆動機構（不図示）で延長棒５６を回動させることで、ペダル負荷を自動的に変化させる構成とすることも可能である。

上記したような構成によれば、簡単かつ軽量な機構によってペダル負荷を得ることができ、かつペダル負荷の調整が容易な踏力調整機構を備えた自転車シミュレータを得ることができる。また、模擬自転車２０の略中央に踏力調整機構５０が配設されることで、自転車シミュレータの小型化およびマスの集中を図ることが可能となる。

図３は、本発明の一実施形態に係る模擬自転車の一部拡大図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。模擬自転車２０には、スプロケット３５からフライホイール３７までを覆うカバー部材７０を取り付けることができる。本実施形態では、前記シートピラー４２を支持するシートチューブ３１から後輪８０の近傍までを一体的な樹脂製カバーで覆い、固定部材７１，７２によって車体側に取り付けた構成とされている。このような構成とすれば、すべての駆動部分がカバーで覆われるため、外部からの埃や水分の浸入を防ぐことができ、かつ運転時の駆動音が低減されると共に、自転車シミュレータの外観性を高めることが可能となる。なお、模擬自転車２０を床面に対してさらに安定的に設置するため、前記チェーンステー３９およびシートステー４０の後端部に取り付けたステー６５に延長部材（不図示）を取り付け、該延長部材によって車幅方向外側に支持点が設けられるように構成してもよい。

なお、フライホイールやローラ、ローラ支持部材の材質や形状等は、上記した実施形態に限られず、種々の変形が可能であることは勿論である。また、踏力調整機構のスプリングの形状やスプリングの付勢力を調整するボルトおよびナットの形状や配置も種々の変形が可能である。

本発明の一実施形態に係る自転車シミュレータの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る踏力調整機構の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る自転車シミュレータの一部拡大図である。

符号の説明

１…自転車シミュレータ、２０…模擬自転車、３１…シートチューブ、３４…ペダル、３５…スプロケット、３６…ドライブチェーン、３７…フライホイール、３８…ドラムブレーキ、３９…チェーンステー、４０…シートステー、４１…外筒部、４３…クランク、４４…踏部、５１…ローラ、５１ａ…ローラ中心部、５２…ローラ支持部材、５３…揺動軸、５４…回転軸、５５…スプリング、５８…ボルト、５９…ネジ頭、６０…ナット、７０…カバー部材

Claims (7)

1. 車体（２０）に回転可能に軸支されたペダル（３４）と、
   前記ペダル（３４）と一体的に回転するスプロケット（３５）と、
   前記スプロケット（３５）に巻き掛けられた無端状チェーン（３６）と、
   前記無端状チェーン（３６）によって回転駆動されるフライホイール（３７）とを有する自転車シミュレータ（１）において、
   前記フライホイール（３７）は、前記ペダル（３４）と、前記車体（２０）の後方側で床面と接して前記車体（２０）を支持する支持部との間に配設され、
   前記フライホイール（３７）の車体前方側に、該フライホイール（３７）の外周面に接触して従動回転することで前記フライホイール（３７）に回転抵抗を与えるローラ（５１）が配設されており、
   前記フライホイール（３７）に、後輪側ブレーキレバー（２４）で操作されるブレーキ（３８）が取り付けられており、
   前記ローラ（５１）が、車体側面視で前記ペダル（３４）の回転軸と前記フライホイール（３７）との間に位置し、かつ前記車体（２０）の一部を構成する車幅方向に一対のフレーム部材の間の位置で前記車体（２０）に支持されていることを特徴とする自転車シミュレータ。
2. 前記ローラ（５１）を回転自在に軸支するローラ支持部材（５２）が、前記ペダル（３４）の回転軸の外筒部に揺動自在に取り付けられ、
   前記ローラ支持部材（５２）が、該ローラ支持部材（５２）と前記車体との間に配設されたスプリング（５５）の付勢力によって前記ローラ（２０）を前記フライホール（３７）に押圧し、かつ前記付勢力の変更によって前記回転抵抗が調整されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自転車シミュレータ。
3. 前記回転抵抗の調整は、前記スプリング（５５）に取り付けられたボルト（５８）およびナット（６０）の締め付け量の変更で行われることを特徴とする請求項２に記載の自転車シミュレータ。
4. 前記ローラ（５１）の外周部がゴム部材で構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の自転車シミュレータ。
5. 前記支持部は、ゴム製のタイヤを使用した車輪（８０）で構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の自転車シミュレータ。
6. 前記スプロケット（３５）から前記フライホイール（３７）までがカバー部材（７０）で覆われていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の自転車シミュレータ。
7. 前記車体（２０）は、シートチューブ（３１）の下方寄りの位置から車体後方に延びる左右一対のチェーンステー（３９）と、前記シートチューブ（３１）の上方寄りの位置から車体後方下方に延びる左右一対のシートステー（４０）とを備え、
   前記支持部は、前記チェーンステー（３９）と前記シートステー（４０）とが車体後方側で連結される部分に取り付けられる車輪（８０）であり、
   前記フライホイール（３７）は、前記チェーンステー（３９）と前記シートステー（４０）とを上下に連結する左右一対の支持板（６２）に軸支されており、
   前記ブレーキ（３８）は、前記フライホイール（３７）に同軸配置されるドラム式ブレーキであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の自転車シミュレータ。

Images