JP2011514284A - 入力シャフトと出力シャフトｉｉの間で連続的に可変のギヤ比を有する変速機 - Google Patents

Abstract

入力シャフト（１）と出力シャフト（２）の間で連続的に可変のギヤ比を有し、軸（１０）の周りに旋回するよう設置され、かつ、該入力シャフト（１）と、該入力シャフトにフォーム合致する仕方で結合されたカムディスク（７）と、の回転による作業サイクル内で交互に、そして相互に重なり合う均一リフト運動（２１）内でオフセットされた、少なくとも２つの振り子アーム（９）を有するギヤ機構に於いて、該振り子アームが、振り子アーム調整路（２０）に沿い動かされる２つの調整部品（１５）により、又は、該振り子アーム調整路（２０）に沿い振り子シャフト（１０）により動かされる２つの振り子アーム（１５）により、２つのギヤ機構要素（２６）の可変長さの前後運動を生じており、そしてこの交互前後運動が回転方向依存の２つのカップリング（２７）に伝達され、該交互前後運動が今度は出力シャフト（２）の連続して均一な回転に変わり、そこでは負荷時の各振り子アーム（１５）がこの目的用に提供された振り子アームパススルー（１１）内の傾き鼻部（１８）の方へ自動的に傾けられる。

Description

本発明は一般的に自転車駆動用ギヤ機構に関し、特に入出力シャフト間で連続的に可変のギヤ比を有する自転車駆動用ギヤ機構に関する。

本発明では、入力シャフトと出力シャフトの間で連続的に可変のギヤ比を有し、軸の周りに旋回するよう設置され、かつ、該入力シャフトと、該入力シャフトにフォーム合致する仕方で結合されたカムディスクと、の回転による作業サイクル内で交互にそして相互に重なり合う均一リフト運動内でオフセットされた、少なくとも２つの振り子アームを有するギヤ機構であって、該振り子アームが、振り子アーム調整路に沿い動かされる２つの調整部品により、２つのギヤ機構要素の可変長さの前後運動を生じており、そして該交互前後運動が回転方向依存の、２つの空間的に遠隔のカップリングに伝達され、該交互前後運動が今度は出力シャフトの連続した均一な回転に変わる。

連続的なギヤ比調整を有するいわゆる階段状ギヤ機構は公知であり、特許文献で最も種類多い実施例で示される。

特許文献１から、入力シャフトと出力シャフトの間で連続的に可変の変換を行うギヤ機構は公知である。出力シャフト上の間歇的回転の問題はこの発明では、該出力シャフト上でそれらの正弦波状の動力伝達位相が重なり合う複数の振り子レバーにより緩和される。従って、各場合に、次の振り子アームの力を同じ方法で該出力シャフトに直ちに伝達するために、出力シャフトへの動力伝達の正弦波カーブの部分のみがリレーされる。この方法では、出力シャフトの間歇的回転は最早それ程甚だしくは突出せず、重車両はこの様なギヤ機構により駆動され得る。しかしながら、例えば、その対応する軽い固有質量を有する自転車の様な、軽車両を駆動するにはやはり不適切である。

特許文献２は階段状ギヤ機構を示すが、そこではリングが調整式油圧シリンダーにより入力シャフトの周りの多少突出した偏心位置内へ押される。該リングが偏心位置内に強く押される程、該リングの周りに半径方向に配置された振り子アームは益々強く角度的にオフセットした仕方で連続して振れる。これらの部分的回転はオーバーランニングギヤを介して個別出力シャフトに伝達される。特に、この設計では、出力シャフトの回転が均一でなく、寧ろ間歇的に起こる困難が生じる。

従って、このギヤ機構は、例えばその対応する軽い固有質量を有する自転車の様な軽車両を駆動するにはやはり不適当である。

特許文献３の発明は多数カムフランクの均一立ち上がりを有する出力シャフトの間歇回転の問題に向けられている。出力シャフトの間歇回転は可能な最高程度に避けられる筈である。しかしながら、これは部分的に成功するのみであり、何故ならば、振り子アームの図解される軸方向点の調整を用いては、検出用レバーのこれらのカムへの設定角度が変わるからである。かくして、該検出用レバーへのカムフランクの形状は変化し、元の回転の均一性は、再び伝達比の変化を伴う出力シャフトの間歇回転へ進む。この階段状ギヤ機構は、例えばその対応する軽い固有質量を有する自転車の様な、軽車両を駆動するにはやはり不適当である。

前に述べた文書の全てに現れる出力シャフトの間歇回転の問題に加えて、特許文献４は
振り子アーム上のプッシュロッドの懸垂ベアリングのリンク結合による調整を示す。示された表現では、作業負荷は振り子アームのベベルを介して対応的に該リンク結合に作用する。もし今この様な階段状ギヤ機構が、例えば、６０００Ｎの作業負荷（＝実作業負荷／自転車）を動かさねばならぬなら、３０００Ｎまでがこの度合で該リンク結合に作用するだろう。この莫大な調整負荷は静止機械で普及するのみであり、例えば、自転車の様な軽車両で、この度合で調整要素上で取り扱われる調整負荷としたら数倍程高すぎる。又、変種でも提案されているラックアンドピニオン及びローラースリップインパーツによる該プッシュロッド該懸垂点の調整は軽車両用には実用的でない。例えば、マウンテンバイクの様な車両では、重量と機械的複雑さが非常に本質的な役割を演ずる。重量と技術的複雑さは絶対的な最低まで下げられるべきである。例えば、１）その軽い固有重量、２）必要な繊細なボーデンケーブル、３）ギヤ機構の必要な低重量、そして４）必ず軽減されるべき技術的複雑さ、を伴う自転車の様な軽車両の駆動用には、このギヤ機構の使用は排除される。

特許文献５で示される階段状ギヤ機構は出力シャフトの間歇回転の問題を取り除いている。振り子アームが上でランするよう取り付けられるのはカムディスクのカーブした通路なので、回転角度の線形コースが提供される。結果として、入力シャフトの均一回転もかくして出力シャフト上の均一回転に変換される。示された発明では、しかしながら、該ギヤ機構を軽車両へ移す実用的解が欠けている。加えて、部品の甚だしい複雑さを合理的な仕方で軽車両に加えることは不可能である。例えば自転車への構造的取り付け部品用の実用的に変換可能なシフト機構の欠如のためのみならず、その比較的複雑な設計と部品数の多さのために、該設計は不適当である。

特許文献６に示される特殊自転車用の階段状ギヤ機構も又この連続的ギヤ機構のコア問題を表し、該階段状ギヤ機構は入力シャフトの均一回転を出力シャフトの均一回転でなく、寧ろ間歇的回転に変換する。該入力シャフトの周りには、偏心ディスクが多少突出した偏心位置内へ押される。該偏心ディスクが強く押される程、該リングの周りに半径方向に配置された振り子アームは連続的に益々強く角度的にオフセットした仕方で振れる。これらの部分的回転はラチェットギヤ機構により個別出力シャフトへ伝達される。特にこの設計では出力シャフトの回転が均一でなく寧ろ間歇的に起こる困難が生じる。従って、その軽い固有質量を有する自転車の様な軽車両を駆動するにはこのギヤ機構も本質的に不適当である。

特許文献７も又特殊自転車用の同様のギヤ機構を示し、最も呼び慣らされた階段状連続ギヤ機構のコア問題を有しており、該機構は入力シャフトの均一回転を出力シャフトの均一回転でなく寧ろ間歇回転に変換する。入力シャフトの周りで、偏心リングが多少突出した偏心位置に押される。該偏心リングが強く押される程、該リングの周りに半径方向に配置された３つの振り子アームは連続的に益々強く角度的にオフセットされた仕方で振れる。これらの部分的回転は内側歯付けを有するラチェットギヤ機構を介して個別出力シャフトへ伝達される。特にこの設計を用いると、出力シャフトの回転が均一でなく、寧ろ間歇的に行われる困難が生じる。その対応して軽い固有質量を有する自転車の様な、軽車両を駆動するにはこのギヤ機構も従って本質的に不適当である。

又、カムディスクを有し、カーブした通路の適当なプロフアイル化により出力シャフトの間歇的回転を防止する階段状ギヤ機構は特許文献８から公知である。作業サイクルのそれらの作用で重なり合う３つの振り子アームにより、駆動シャフトの均一で中断されない回転が達成される。しかしながら、示された表現では、該ギヤ機構を軽車両へ移す実用的解を欠いている。更に、このギヤ機構には幾つかのギヤの重なり合いが存在するが、該重なり合いは自転車での使用が排除されねばならない程に効率を減じると知られている。又ここで、甚だしく複雑な部品を合理的な仕方で軽車両に設置することは不可能である。該
設計は、実用的に変換可能なシフト機構の欠如と低い機械効率のためのみならず、その比較的複雑な設計と部品数の多さのために、例えば自転車への適合用には不適切である。

いわゆる“自動ギヤ機構”又は“自転車ギヤ機構用電子制御システム”は特許文献９及び１０から公知である。該発明の名称は、ライダーからの更に進んだ助けの無いこの様なギヤ機構のために、ギヤ比の自働切り替えが企てられることを示唆している。この印象は全然間違いであり、何故ならば電気的に操作されるシフト機構は従来の自転車チェーンギヤ機構に作用するからである。これは如何なる場合もライダーの助け無しに自動的には切り替わり得ず、何故ならばライダーにより意図されない“電子的に”制御されるシフトは致命的な結果を生じると思われるからである。もし特に大きなチェーンブレード上の前部エレクターがフルスロットル時に賦活されるなら、該エレクターは自転車チェーン内に傾けられ、破壊されるか又は該チェーンが跳ね返るだろう。しかしながら、もし後部ギヤシフト部がライダーにより意図されずにフルスロットル時にシフトを引き起すなら、ライダーはフットペダル上で“空の空間内へ”突然踏み込むだろう。これは恐らくライダー落下に帰着するだろう。この関連での呼称“電子的”及び“自動的”はかくして誤解させ、該発明により効果的には成し遂げられない。

米国特許第４，１１２，７７８号明細書 国際公開ＰＣＴ／ＥＰ９３／０１７７１号パンフレット 米国特許第２，０８０，６６５号明細書 米国特許第４，１８２，２０２号明細書 ドイツ公開特許第ＤＥ３４ １１ １３０Ａ１号明細書 ドイツ公開特許第ＤＥ２９ ３８ ０１３号明細書 ドイツ特許第ＤＥ６９６ ０２ ８４０Ｔ２号明細書 米国特許第５，６０３，２４０号明細書 欧州特許第ＥＰ０６１５ ５８７Ｂ１号明細書 欧州特許第ＥＰ０５２７ ８６４Ｂ１号明細書

本発明の目的は特に自転車で使用するための上記種類の連続ギヤ機構を提供することである。該ギヤ機構は何等“ギヤ”を有さず、寧ろ完全に連続的に切り替わる。しかしながら、基本的要求は第１義的に入力シャフトの回転が絶対的に均一に出力シャフトの回転に変換されることである。動力伝達がフォーム合致した、又は非正の仕方で行われるので、事実上摩擦損失が起こらないことも又重要である。その結果、何等かの部品間のどんなギヤ結合又は特に摩擦結合は避けられ、ギヤ機構の効率は少なくても従来のチェーン回路の効率に等しくなる。更に、該ギヤ機構は、一方では、構造が極めて簡単に設計されるので、非常に少ない部品のみから成る。しかしながら、他方では、非常に軽く、スペース節約的である。ギヤ比のシフトは、通常の細いボーデンケーブル又は簡単な油圧を用いて行われねばならず、自転車の従来のチェーンギヤシフトと対照的に、ギヤ比の何れのシフトの何れの時でも負荷時に可能である。このシフトは普通小さなサーボモーターで扱われ、該シフトは自転車及びライダーのセンサーの値に協調する事前設定値に従い自転車制御コンピュータにより完全に自動化され、該ライダーからの何等かの直接の助け無しに制御される。負荷を支えるべきライダーの脚に対するフットペダルの種々の角度位置のために生じる車駆動用の種々の力ベクトルは、該フットペダルの半回転内にダイナミックギヤ比マッチングにより比較される。

この目的は、負荷時の何れかの振り子アームがこの目的で提供された振り子アームパススルー内の傾き鼻部の方へ自動的に傾けられることで達成される。ギヤ比を調整するため
に、均一で相互に重なり合う前後運動中である該振り子アームは、該振り子アームパススルーを通るよう軸方向に押される。ねじクランプと同様に、該傾き鼻部は、該振り子アームと振り子アームパススルーの間で作業サイクル内に自動的に傾かされる。傾き鼻部はかくして該作業サイクル内の作業負荷の発生で自動的に傾かされ、相互に不動であるよう固定される。ユーザーからの助け無しに、該振り子アームは、何れかの作業サイクル中に、振り子アームパススルーとの静摩擦により、かくして不動なように固定された仕方で自動的に組み入れられる。

代わりとして、この目的は又、可動調整部品がギヤ機構要素により印加される作業負荷の発生によりそれぞれの不動の振り子アーム上で非正に傾けられることで達成されてもよく、該調整部品は作業サイクル中にこの様な方法でそれぞれの振り子アームへダイナミックにかつ自動的に不動なように固定される。ユーザーからの何等の助け無しに、該調整部品はかくして何れかの作業サイクル中に絶対的に非正の仕方で組み入れられ、かくして該振り子アームとは損失フリーである。該ギヤ機構要素上の負荷が大きい程、益々大きくこの非正の結合は自動的に、ダイナミックに傾けられる。

該調整部品と振り子アームとの間の該非正の結合は、作業負荷の除去と共に、かくして戻りサイクル中に、自動的に、そして更に進んだ助け無しに、もし必要なら、該調整部品により伝達され、該振り子アームの長手方向縦線の方へ長手方向に向けられた平均引っ張り力から遙か下の力により、少なくともそれぞれの調整部品が動ける程度までに、解除される。普通、そして本発明の設計のために、ここでは１０ｋｇより少ない引っ張り力が達成される。その結果、通例の細い従来のボーデンケーブルも又使われ得て、そして第１義的に、戻りサイクル中に、気ままに該ギヤ比を調整することが特にこの負荷により直ちに可能である。

該調整部品の各々に於いて、該ギヤ機構要素用の懸垂点は、該振り子アームの長手方向軸線に対する２方向の１つで、該調整部品が該振り子アーム上の２つの引っ張り力が負荷され、相対する内側フランクで傾かされる範囲から充分遠く設置される。この動作原理は大工の従来のねじクランプで同様な形で見出される。それは可動クリップ、この場合には、該調整部品、を傾かせるが、それは信頼できる非正結合で該調整部品を斜めに傾かせる負荷に依っており、該結合は負荷の除去で再び直ちに解除される。この傾け動作と該非正結合の解除は毎分１０００回より多くまで本発明の何れの振り子アーム上でも起こる。

発生する作業負荷のために、振り子アームは、該振り子アームに作用する最終力に対して不動の様に、この目的で提供される振り子アームパススルー内の傾き鼻部の方へ固定される。これらの力は、振り子アームの直角位置から引っ張り要素の方への、振り子の振れから生じる多かれ少なかれ顕著な逸れにより作られる。特にこの作業負荷により、負荷の持続時間の間、該振り子アームは、それぞれの振り子アームパススルーについて該振り子アームに次に作用する力に対しこの負荷により不動なように傾けられ、該調整鼻部内に固定される。該ギヤ機構要素上の該負荷が大きい程、大きいロック作用静摩擦が該調整鼻部又は振り子アーム上に作用する。

自転車制御コンピュータは、自転車のライディングデータ又は自転車ライダーの生理学的データとして現実値をセンサーで集め、そして事前にプログラムされた設定点値に対し比較して、該コンピュータは、必要なら完全自動化された仕方でそして自転車乗りからの直接の助け無しに、ギヤ機構調整の該調整要素を自動的に制御する。該センサーから集められたデータは一方で、ステップ周波数と速度であるが、他方で、センサーは又例えば、心拍数、ライダーの動作、他を検出する。例えば、理論的ステップ周波数、理論的心拍数、理論的動作、他の様な事前設定データに対する比較で、該コンピュータは自動化された仕方で該調整要素を自動的に再調整する。何等限定無しに電子制御システムを有する、い
わゆる完全自動自転車ギヤ機構がかくして初めて提供された。ライダーからの追加の助け無しに、ギヤ比の自動シフトが行われる。このシフトは自転車コンピュータがセンサーから受信したデータのみに依り、どんなギヤ作業負荷に於いても直ちに起こり得る。個別の調整要素は、何等かの負荷時の戻りサイクル内のそれぞれの振り子アーム通路内の振り子アームの交互の自由可動性によりギヤ比を調整出来る。該調整要素は自転車ライダーからの直接の助け無しに連続し、絶対的に自動化した仕方で本発明のギヤ機構を調整する。該サーボモーターを制御する電子システムは該ギヤ機構の調整を処理出来るが、該調整は、勿論ライダーによる何等かの手動シフトより著しく速く、精密である。

振り子アームの長さの調整は油圧、空圧又は電気モーターにより、他には又ボーデンケーブルにより行われる。これらの調整要素は、戻りばねのばね力に対抗するよう向けられた力ベクトルを作る。原理的には、例えば、該振り子アーム又は該ボーデンケーブル上に直接作用する電気サーボモーター、空圧又は油圧調整要素の様に本発明の種々の調整要素が考えられ、その際、該空圧調整要素は、例えば手動で充たされるオンボード圧縮空気タンクから給気されてもよい。該調整用ボーデンケーブルはサーボモーターにより、他には又手動で操作される調整要素により、制御／調整されてもよい。

又、戻りばねも、戻りサイクル中、振り子アームと振り子アーム通路の間の傾け動作の解除を積極的に支持する目的を有する。該ばねは、該ばねが該傾け動作の完全な解除用に該振り子アームパススルーの部品と該振り子アームの間の力を作り、前記力がカップリングとギヤ機構要素を戻す該ばね力に抗するよう向けられる様な仕方で空間内に配置される。振り子アーム内のカップリング戻り用の該ばね力に抗するよう向けられるこのばね力により、該戻りサイクル内のギヤ機構要素に存在するそれより大きい力ベクトルがかくして作られる。結果として振り子アームと振り子アームパススルーの間の傾け動作は該戻りサイクル内で完全に解除され、振り子アームは振り子アーム通路内のスライド部品の方へ押される。

該振り子アームは各々１つの別々の振り子シャフトに付けられる。カムディスクの２分の１正弦長さ又は１と２分の１正弦長さ、又は２と２分の１正弦長さ、他だけ半径方向にオフセットされた検出用アームと、検出用ローラーはこれらの振り子シャフト上に座している。

２分の１正弦長さのこの距離は、検出用アームの２つのローラーが個別カムディスク上で一緒にランすることを可能にする。２分の１正弦長さで、ＵＴからＯＴまで、そして今度は戻って次のＵＴまでのカムディスクの各長さの半分が意味される。カムディスクの２分の１正弦長さだけのオフセットは必ずしも１つのカム上にある必要はないが、しかしながら、該オフセットは又例えば１．５正弦インターバル又は２．５正弦インターバル、他を有する２つのカムであってもよい。

該ローラーに対し、該カムディスクは、フットペダルの長手方向軸線が負荷時のライダーの脚の力ベクトルに対し力の解除用に不利な角度を形成する範囲では、比較的低いカム高さを有する。ダイナミックな増加で、逆に該カムディスクは、該フットペダルの長手方向軸線が負荷時のライダーの脚の力ベクトルに対し力の解除用に最も有利な角度を形成する範囲では、最大カム高さを有する。該フットペダルを使う時、該ライダーは、ライダーの脚により作られる力ベクトルに対する該フットペダルの長手方向軸線の角度位置により引き起こされる、最低の使用可能駆動力を該ＵＴ又はＯＴで発揮してもよい。そこから生じる負荷不平衡を減少する又はスムーズ化するために、各場合にペダル回転に対するホィール回転のギヤ比は、本発明に依ればＵＴ又はＯＴの範囲内のダイナミックなカムフラット化により減じられる。この結果は、人間工学的にライダーへの比較的バランスのとれた負荷に帰着する。

振り子アームの交互のロック作用のために、適した調整路内の振り子アームへ直接送られ得ない調整過程中にミスした調整路は、中間的に機械的バッファー要素内に蓄えられ、一般的に対応する振り子アームによる次の戻りサイクルで取り扱われる。本発明の変形例では、ボーデンケーブルシースが該機械的バッファー要素を代行するのに充分な弾力的圧搾性を有する。本発明の、もう１つの変形例では、該リンク結合が機械的バッファー要素を代行するのに充分なばね弾性を有する。もし、例えばボーデンケーブルが振り子アームの長さの調整用に使われる場合は、バッファー要素は該２つのボーデンケーブルの間、又は前に置かれ、前記バッファー要素は、調整過程の交互のロック作用時に該調整路に可逆的に適合し／該調整路を蓄える。振り子アームの傾け動作が解除されるや否や、該振り子アームは再び移動可能であり、そして、該バッファー要素は問題の振り子アームへミスされた調整路を解放する。もし、ボーデンケーブルシースが適当な弾性的圧縮容量を有するなら、これらの、又は他の機械的バッファー要素が除かれてもよく、何故ならば、振り子アーム上の調整路として取り上げられ得ない調整路は、該ボーデンケーブルシースを１時的に圧縮し、該シースはロックされた振り子アームが解除された後、上述の調整路を該振り子アームへ解除する／再開するからである。もし、ボーデンケーブルが充分なばね弾性を有するなら、他の機械的バッファー要素は除かれてもよく、何故ならば、該振り子アーム上に１時的に取り上げられ得ない調整路は、該ボーデンケーブルを１時的に延ばし、該ケーブルは、ロックされた振り子アームが解除された後述の調整路を弾性的に再開するからである。機械的バッファー要素として、星型リンク結合が使われてもよく、該リンク結合では、調整用引き動作を発揮する１つの調整ケーブルは、中点で横にオフセットされ、該振り子アームへ走る２つのリンクは、該星の中心にリンク結合点を供給するよう横にオフセットされる。ロックされたリンクと、サーボモーターからの引っ張りを行使するリンクと、の間のリンク結合は、リンクのこの星型リンク結合により、該星の中心の鋭い曲げで幾分滑らかにされ／延ばされ、その結果、ロックされない振り子アームは幾分より速く調整される。

各々の該ギヤ機構要素に、中間でオンに切り替えられ、特定の重負荷の発生からロードダイナミックで可逆的な仕方で延び始める重負荷ばね要素があり、そして該ギヤ機構要素は、かくしてロードダイナミックに延ばされる。このデバイスは、言わば該ギヤ機構の最小のギヤ比の代わりをするが、それは、該重負荷ばねを延ばすことにより該ばねが該フリーホィールにより少ない歩みしか許さないからである。次いで、該重負荷ばねに蓄えられたエネルギーは、各場合に、次の作業サイクルへのオーバーランサイクルの始めにフリーホィールへ支援する仕方で返される。

該負荷ばねは、作業サイクル内でロードダイナミックに変形され、この様な方法で蓄えられたばね力は、次の戻りサイクルで効率的な仕方で再び解放される。カムディスク上では、振り子アームの戻りは既に始まっているが、問題の該引っ張り要素上では、効率的引っ張りが回転方向依存のカップリング上で優勢である。引っ張り要素上で作業サイクル内に作られる通路は、該ホィール上では完全には解放されず、後の戻りサイクルで車を駆動する追加的力として作用するよう該ばね内に蓄えられる。この場合、鋼ばねの特性は、本発明のこの様なデバイスの効率に非常に良く適合するが、それはこれらのばねが変形として蓄えられたエネルギーの約１００％をそれらの広がりで解放し、かくして損失エネルギー、例えば熱、を作らないからである。

本発明の変形例では、ロードダイナミックなばね要素は外部からそのばね力を調整され得る。この様なばね力調整は、例えば、該ばね要素のプリテンショニングを増やす、又は減らす油圧要素により達成されてもよい。ばね力で調整され得る重負荷ばねデバイスは、単独で、本質的に簡単なロードダイナミックな連続ギヤ機構を既に表す。この変形例は問題の本発明に含まれ、何時でも別に存在出来て、単独で取り上げられ得る。この簡単な階
段状ギヤ機構では、何等追加の調整デバイスを要しない。

回転方向依存のカップリングデバイスは、ホィールハブと非正の結合で結合され、上に２つのクランピングボデイフリーホィールが相互の側に軸方向に配置される回転対称なコアから成るが、該ホィールは、各々の場合に、今度はフォーム合致した仕方で結合されたピニオンギヤ又は歯付きベルトディスクにより共に外側を取り巻かれた回転対称のリングにより囲まれている。当該技術で公知であり、回転対称のフリーホィールコア上で相互の側に軸方向に配置された該クランピングボデイフリーホィールの使用により、多数の生産過程が節約される。対照的に、該ラチェットフリーホィール、クランピングボールフリーホィール、他は回転対称部品を要せず、著しく大きい生産出費を伴う。更に、該クランピングボデイフリーホィールの適用により、生産出費が収縮するのみならず、回転方向依存のカップリングの寸法も考えられる最小の程度に減じられる。加えて、これらのクランピングボデイフリーホィールは、一方で、該ホィールが事実上アイドリング無しに作業サイクルの最初に直ちに閉じ、他方で、いわゆる“破壊力”無しにオーバーランサイクルの最初に再び開くと言う利点を有する。

入力シャフトと出力シャフトの間で連続的に可変のギヤ比を有するギヤ機構を操作する方法では、この様な自転車ギヤ機構の重さと寸法を減じるために、フットペダル回転中に振り子アームの各々は幾つかの、もし可能なら、多くの振れを賦活すべきことが指定される。これは、もし可能なら、駆動カムディスク上に提供される多くのカムにより可能である。もし、例えば、１２のカムが提供されるなら、２ｃｍより低い平均カム高さだけで、検出アームが本発明を使い始めるよう検出アームのストロークの長さを作るのに充分であり、逆に該平均カム高さは検出アーム上に過剰な負荷を掛けない。

加えて、ギヤ機構を操作する方法は、或る環境では、約５０Ｈｚ（毎秒５０の開きと閉じの過程）までの本発明に特定的な高いシフト周波数を扱えて、そして外側リングの回転の３°より少ない該フリーホィールコアへの結合路を有する、回転方向依存のカップリングが使われることを指定する。この高い動作周波数は、該ギヤ機構が重さを減じられ得ることの必須条件である。事実上、動作周波数の２倍化は、逆に負荷の２分の１化、かくして又重さの約２分の１化を意味する。

回転方向依存であり、本発明に依り動作するカップリングは、前記カップリングが外側リングとフリーホィールコアとの間の非正の結合を破壊力無しに解除する時、特に好適である。破壊力の発生は、達成が不可能な程、高いフリーホィールギヤ機構用の戻り力を要することが多い。かくして、特定のフリーホィール設計の応用で、該ギヤ機構を崩壊させるロック機能がリセット用で起こる危険がある。

本発明で必要な要求を取り扱い、回転方向依存のカップリングの必要な高い動作周波数へ切り替えられるのみならず、戻りサイクルでのロック作用を防止するために、いわゆるクランピングボデイフリーホィールが好適である。これらのクランピングボデイフリーホィールは、第１級の仕方で本発明の全ての要求を充たす唯一の公知の設計である。

本発明の他の利点及び詳細は図面で画かれる本発明の実施例に基づき下記で説明される。
ボーデンケーブル及び関連電子制御部を用いた調整のみならず、カムディスクの凡そ２分の１正弦長さだけ半径方向にオフセットされたその個別カムディスクと、２つの振り子アームローラーと、を有するギヤ機構の側面図を示す。 図１のＡ−Ａ断面図を示す。 ２つのカムディスクを有するギヤ機構の側面図で、図１の代わりの設計を示す。 その可能な最長設定に於ける該振り子アームを通る断面図を示し、加えて該振り子アーム用戻りばね及び重負荷ばねが示される。この図では、該振り子アームの調整は例に依ればボーデンケーブルにより行われる。 約２分の１に延ばされ、調整中の該振り子アームを通る断面図を示す。この図では、該振り子アームの調整は例に依れば油圧調整要素により行われる。 調整デバイスと結合された該２つの振り子アームを示し、該デバイスでは振り子アームの交互の１時的な調整可能なロック動作がバッファー要素としての星型回路のリンクにより回復／蓄えられる。 調整デバイスを有する重負荷ばねの特殊応用品を示し、該デバイスは駆動動作中に外部から該ロードダイナミックばねのプリテンショニングを変えることが出来る。 ２つのクランピングプボデイフリーホィールを有する回転方向依存のカップリングを通る断面図と該ホィールハブを通る断面図とを示す。 ペダル位置に基づくＵＴ／ＯＴ範囲内でのギヤ比減少のために、該カムディスクのダイナミックなフラット化又は増加用の、カムディスク及びフットペダルの側面図を示す。

図１では、従い動かされ得る振り子アーム１５を有する振り子シャフト１０のみならず、多数カムのカムディスク７が示される。加えて、ボーデンケーブル２５を介する振り子アーム調整の制御と、それらのサーボモーター３０の調整及びオンボードコンピュータ３１によるその制御も示されるが、該コンピュータは目標位置に対し、センサー３３，３４により決められる現実値をギヤ比を調整することにより再調整する。

カム８の数は図面では４として画かれる。しかしながら、普通、検出用アーム１３又は検出用アームローラー１４上で機械的に扱われる負荷を同時に用いて、一方で該検出用アーム１３の個別カムを合理的な測定値（＜２０ｍｍ）に制限するために、約１２個のこれらのカム８が配置される。もしこの負荷が本発明により達成されるよう留まるなら、最小の標準負荷ローラーベアリング１４が使われ得る。

加えて、カム８の形は、作業サイクルの立ち上がり傾斜が、戻りサイクルの下り傾斜より著しく長いことを示し、−該作業カム２１はかくしてオーバーランサイクル２２より大きな角度セグメントを占める。この理由は、作業サイクル２１がブレードホィール３又はバックストップ２７上で中断されない作用に重なり合わねばならず、−１作業サイクル２１は、もう１つの２１が活動的に丁度なり始める時に、なお活動していることにある。

振り子アームシャフト１０の配置では、該シャフトが相互に対し半径方向にオフセットされていることが分かる。示された表現での間隔はカム８の２分の１正弦長さである。結果として、検出アーム１３を賦活するカム８が、次の検出用アーム１３又は次の検出用アームローラー１４に対応する正しい間隔に既に配置されているので、第２カムディスク７は取り除かれてもよい。

最速ギヤの位置で示される振り子アーム１５は下方へ調整され、−ボーデンケーブル２
５によりこの位置から引かれる。該振り子アーム１５の戻りは戻りばね２８により逆に行われる。

該ボーデンケーブル２５は、必要なら、電気サーボモーター３０により平行に調整される。このサーボモーター３０は勿論、原理的に、例えば空圧調整要素により、或いは他の、簡単な手動調整機構により、置き換えられてもよい。

サーボモーター３０により制御される自転車制御コンピュータ３１は、ライダーにより特定設定点値にプログラムされる。この様な設定点値は、例えば、ステップ周波数であってもよい。センサー３３では、該自転車制御コンピュータ３１は現実値を絶えず測定し、もし該値が理論値の下にあれば、例えば、該自転車制御コンピュータ３１は、該現実値及び理論値が再びカバーされるまで、該サーボモーター３０で該ギヤ機構のギヤ比を戻し変える。

図２は断面図Ａ−Ａと、付随検出用アーム１３を有する振り子シャフト１０の主要設計と、自転車フレーム４内のそれらの空間位置及びカムディスク７を示す。示された図面は鳥瞰図の斜視図から理解され得る。該表現には半径方向に下方にオフセットされた該２つの振り子アーム１５の動作が示されている。該振り子アームシャフト１０はその部品用に、自転車フレーム４に堅く結合されているベアリングブロック内で終わる。

該表現では、ギヤ機構要素２６の振り子アーム１５への機械的リンク結合点は見えない。

図１に代わって、図３は同じギヤ機構を示すが、違いは、振り子アームでなく、調整部品１０８が移動可能であり、該部品が動かない振り子アーム１０４を傾かせることである。原理的には、作業負荷が生じると、図１と同じ過程が起こり、ストローク発生器（この場合振り子アーム１０４）内の調整部品１０８の自動傾け動作がこの負荷で作られる。表現では、動かないこれらの振り子アーム１０４の各々用に、別のカムディスク１０５が提供されることが分かる。この第２カムディスク１０５は破線で示され；第２振り子アーム１０４及びギヤ機構要素１０９の表現は除かれるが、それはこれらの部品は側面図で殆ど完全にカバーされるからである。

調整部品１０８の調整、調整ボーデンケーブルの制御、自転車制御コンピュータ制御、過負荷ばね３５、他に関する全ての他の機能は図１の変種によりカバーされる。

図４はボーデンケーブル２５を介して動かされる振り子アーム１５を示すが、該ケーブルは示された位置でギヤ機構要素２６上で可能な最も高いカムを作る。該ボーデンケーブル２５はリンク結合２５を介して下方へ振り子アーム１５を取り下げ、−かくしてギヤ比は連続的に減少する。逆に、戻りばね２８は、該振り子アーム１５を、−もし該アームが該リンク２５により後に残されるなら、上方へ再調整する。

示されたこの戻りばね２８は、しかしながら、その幾何学的形状のために、そして該振り子アームシャフト１０と該振り子アーム１５の懸垂点のために、該振り子アーム１５上に戻り力を及ぼすのみではない。寧ろ、この戻りばねはフリーホィール２７の戻り力に、−そしてかくしてギヤ機構要素２６に対抗するよう向けられる力を発揮する。結果として、戻りサイクル２２で、該振り子アーム１５は振り子アームシャフト１０内の傾け動作から現実に解放され、オプションとして各戻りサイクル２２中何時でも戻されることが達成される。

図５は油圧シリンダー／ピストン／コネクティングロッド２４を介して動かされ、そし
て示された位置でギヤ機構要素２６上に平均カム２０を作る、振り子アーム１５を示す。該コネクティングロッドは該振り子アーム１５を下方へ下げ−ギヤ比はかくして連続的に減じられる。逆に、戻しばね２８は振り子アーム１５を、−もし振り子アームがリンク２５により後へ残されるなら、再び上方へ再調整する。

又、この形式の戻りばね２８は、該振り子アームシャフト１０及び振り子アーム１５の上の懸垂点のために、振り子アーム１５に戻り力を発揮するのみではない。寧ろ、該ばねはフリーホィール２７−かくして又ギヤ機構要素２６、の戻り力に対抗するよう向けられた力を発揮する。結果として、戻りサイクルの振り子アーム１５が振り子アームシャフト１０に於ける傾け動作から現実に解放され、そして各戻りサイクル２２中何時でもオプション的に調整されることが達成される。

図６は、リンク結合２５のどの単純リンク４１と、調整されるべき振り子アーム１５上で比較“ばねアクション”が達成されるかを示す。この様なばねバッファーは、動作中−かくして作業サイクル２１中−２つの振り子アーム１５の１つが固定した仕方でロックされるので、必要である。もし調整がロックされた振り子アーム１５で行われるなら、リンク結合４１のリンク手段４２はロックされた振り子アーム１５の方へ敏速に移る。もし再び対応する振り子アーム１５の作業サイクル２１が解除されるなら、該振り子アーム１５は該振り子アームシャフト１０へのその傾きを開き、そして“ミスされた調整路”が再開され、−リンク結合４１は星４２の中点を自動的に探索し、そこに戻される。

この図６では、重負荷ばね３５の配置も明らかに見られる。言わばこれらの重負荷ばね３５はギヤ機構の“小さなギヤ”の代わりをする。該ばねは、ギヤ機構要素２６のストロークの全長が該フリーホィール２７に最早伝達されない指定された重負荷から広がり始める。重負荷ばね３５に蓄えられた損失長さは、戻りサイクル２２の傾斜を介して、該カムディスク７への次の戻りサイクル２２内の追加引っ張り力として隣接ギヤ機構要素２６にリレーされる。金属ばね３５内の中間的貯蔵によるこのオフセット出力放出は公知の様に損失フリーで動作する。

図７は本発明の特殊な応用品を示すが、そこでは該振り子アーム１５の調整能力は完全に除かれ、重負荷ばね３５のロードダイナミックな伸張能力がギヤ機構のギヤ比の調整用に使われる。この目的で、外部からのばね力の調整を可能にするデバイスが提供された。示された表現では、このばね力の調整は油圧シリンダー３９の助けを借りて行われる。該ばね力を調整する他の方法は、何れにせよ、或いは何であっても、考慮可能であり、かくして本発明の目的を越えることはない。

図８はフリーホィール２７全体及びホィールハブ２の主要設計を断面図で示す。クランピングボデイフリーホィール４６の適用のため、該フリーホィールコア４５は簡単で、回転対称なパイプから成る。フォーム合致した仕方で回転するそれらのピニオンギヤ４８を有する同じ２つの外側リング４７は簡単で回転対称のリング４７から成る。これは製品技術上高度に有利である。該ホイールハブ２は共通中央軸線に沿って該ハブに結合されるフリーホィールコア４５にフォーム合致している。フリーホィールコア４５とホィールハブ２は、外部的完成用に、ホィールシャフト４９上にボールベアリングで設置される。

図９は、カム８が同じ高さでなく、ペダルがライダー用にはＯＴ／ＵＴにあり、より低いものは５３である各位置５１で、回転することを示す。結果として、ペダル６のＵＴ／ＯＴ通過は、ペダル６が最大フット負荷５２に適合出来るものより或るスポットから速く進むことが達成される。このデバイスは、そのギヤ作業負荷が完全にペダル回転内にあり、均一であるからライダー用には有利である。これは人間工学的に大きな利点を生じる。

１ 入力シャフト／ペダルクランクシャフト
２ 出力シャフト／ホィールハブ
３ ブレードホィール
４ 振り子アームシャフト１０用ベアリングブロックを有する自転車フレーム
５ 底部ブラケット
６ シュー
７ カムディスク
８ カムディスク
９ 振り子アーム全体（１３＋１４を含む）
１０ 振り子アームシャフト
１１ 振り子アームパススルー
１２ 振り子アームのピボットベアリング
１３ 振り子アームシャフト上の検出用アーム
１４ カムディスク上の検出用アームローラー
１５ 可動振り子アーム又は調整部品
１６ 振り子アームの可変長手方向質量
１７ ギヤ機構要素−振り子アーム上の懸垂点
１８ 振り子アームパススルー内の傾き鼻部
１９ 戻りサイクル内の傾け動作を防止するスライドフランク
２０ 振り子アーム調整路
２１ 作業サイクル
２２ 戻りサイクル
２３ 振り子アームの調整路の長手方向軸線
２４ 油圧又は空圧調整機構
２５ 個別振り子アーム１５用の調整用ボーデンケーブル
２６ フレキシブルギヤ機構要素
２７ 回転方向依存のカップリングデバイス
２８ 振り子アームオーバーランニングばね
２９ 調整ケーブル２５間のばね要素
３０ 電気モーター、油圧又は空圧調整モーター
３１ 自転車制御コンピュータ
３２ 手動操作調整レバー
３３ ペダル周波数センサー／トルクセンサー
３４ 心拍数センサー／他の生理学的データ用センサー
３５ ロードダイナミックばね要素（負荷ばね）
３６ 振り子アーム傾け動作解除用戻りばねの力ベクトル
３７ カムディスクの２分の１正弦長さ（１／２正弦角）
３８ ばね２８用スライドインホール
３９ ばね３５のプリテンショニング用油圧調整要素
４０ 戻りサイクル用戻りばね（ギヤ機構要素、オーバーランニングカップリング＋振り子アーム用）
４１ バッファー要素／星型リンク結合
４２ 星の中心のリンク結合点
４３ ボーデンケーブルシース（車上に固定された端点）
４４ リンク結合点４２の調整要素３０の個別ボーデンケーブル
４５ 回転対称フリーホィールコア
４６ クランピングボデイフリーホィール
４７ クランピングボデイフリーホィールの周りの回転対称外側リング
４８ 外側リング４７上のピニオンギヤ又は歯付きベルトディスク
４９ ブレードホィールアクスル
５０ フットペダルの長手方向軸
５１ 負荷時のライダーの脚部とフットペダルの長手方向軸線の間の不利な角度
５２ 負荷時のライダーの脚部とフットペダルの長手方向軸線の間の有利な角度
５３ 最小カム高さ
５４ 最大カム高さ
１０３ 振り子アームシャフト
１０４ 振り子アーム
１０５ カムディスク
１０６ カムディスク
１０８ 調整部品
１０９ ギヤ機構要素
１１０ 回転方向依存のカップリング
１１１ 調整部品上のギヤ機構要素の懸垂点
１２５ フットペダル
１２８ 自転車フレーム
１３０ 振り子アームローラー
１３８ 振り子アームのストローク長さ
１４４ 振り子アームの中心点

Claims (20)

1. 入力シャフト（１）と出力シャフト（２）の間で連続的に可変のギヤ比を有しており、軸（１０）の周りに旋回するよう設置され、かつ、該入力シャフト（１）と、該入力シャフトにフォーム合致する仕方で結合されたカムディスク（７）と、の回転による作業サイクル内で交互にそして相互に重なり合う均一リフト運動（２１）内でオフセットされた、少なくとも２つの振り子アーム（９）を有するギヤ機構であって、前記振り子アームが、該振り子アームの調整路（２０）に沿い動かされる２つの調整部品（１５）により、又は該振り子アーム調整路（２０）に沿い振り子シャフト（１０）により動かされる２つの振り子アーム（１５）により、２つのギヤ機構要素（２６）の可変長さの前後運動を生じており、そしてこの交互前後運動が回転方向依存の２つのカップリング（２７）に伝達され、該交互前後運動が今度は該出力シャフト（２）の連続、均一回転に変わるギヤ機構において、
   負荷時の各振り子アーム（１５）が、目的のために設けられた振り子アームパススルー（１１）内の傾き鼻部（１８）の方へ自動的に傾けられることを特徴とするギヤ機構。
2. 調整部品（１０８）が、ギヤ機構要素（１０９）により印加される作業負荷の発生によりそれぞれの振り子アーム（１０４）上で非正の方へ傾けられ、そして該調整部品（１０８）が、作業サイクル（１４０）中にこの方法でそれぞれの振り子アーム（１０４）へダイナミックに、そして自動的に不動なように固定される請求項１記載のギヤ機構。
3. 調整部品（１０８）と振り子アーム（１０４）の間の非正の又はフォーム合致する結合が、必要ならば、該調整部品（１０８）により伝達され、そして該振り子アームの長手方向軸線（１４２）の方へ長手方向に向けられた平均引っ張り力より遙か下の力により、戻りサイクル（１４１）中に、作業負荷の除去で、少なくとも、該それぞれの調整部品（１０８）が動ける程度に、自動的に解除される請求項２記載のギヤ機構。
4. 該調整部品（１０８）に於いて、該ギヤ機構要素（１０９）のための懸垂点（１１２）が、該振り子アームの長手方向軸線（１４２）への２つの方向の１つ内で、中で、該調整部品（１０８）が該振り子アーム（１０４）上の２つの引っ張り力を負荷されて相対する内側フランク（１１４）で傾けられる何等かの範囲（１３）から充分遠く設置される請求項２又は３記載のギヤ機構。
5. 振り子アーム（１５）が、上に作用する最終力に対し不動である発生作業負荷のために、傾け動作の目的で提供された振り子アームパススルー（１１）内の傾き鼻部（１８）の方へ傾けられる請求項１記載のギヤ機構。
6. センサー（３３，３４）経由でデータを集める自転車制御コンピュータ（３１）が、該振り子アーム（１５）のモーター調整要素（３０）により自動化された仕方で該ギヤ機構を自働調整する請求項１から５のいずれか１記載のギヤ機構。
7. 該振り子アーム長さ（１６）又は調整部品（１０８）の調整が油圧、空圧、電気モーターの調整機構（２４）により又はボーデンケーブル（２５）により行われる請求項１から６のいずれか１記載のギヤ機構。
8. 振り子アームパススルー（１１）及び振り子アーム（１５）の間の傾け動作を解除する力ベクトル（３６）が振り子アームオーバーランニングばねによっても作られる請求項１から７のいずれか１記載のギヤ機構。
9. 該２つの振り子アーム（１１又は１０４）が、カムディスク（８又は１０６）の２分の１正弦長さ又は正弦長さ（３７）の１と２分の１、２と２分の１、他だけ相互に対し半径方向にオフセットされた別々の振り子シャフト（１０又は１０３）に各々配置される請求項１から７のいずれか１記載のギヤ機構。
10. 検出用アーム（１３）の２つのローラー（１４又は１３０）が１つのカムディスク（７又は１０５）上で一緒にランする請求項１から９のいずれか１記載のギヤ機構。
11. カムディスクの多数カム（８又は１０６）を有する該カムディスク（７又は１０５）が、フットペダルの長手方向軸線（５０）が負荷を支えるべき脚部に対し不利な力ベクトル角度（５１）を形成する範囲内で、最低カム高さ（５３）を有し、逆に、最も有利な力ベクトル角度（５２）の範囲で、最大カム高さ（５４）を有する請求項１から１０のいずれか１記載のギヤ機構。
12. 振り子アーム（１５）又は調整部品（１０８）上で直接具体化され得ず、調整過程中に、振り子アーム（１５）又は調整部品（１０８）の交互の調整ロック機能から生じる調整路（８）が、中間的に機械的バッファー要素（４１）内に蓄えられ、この機械的バッファー要素（４１）が、星型リンク結合、又はばね弾性を有するボーデンケーブルリンク（２５）のボーデンケーブルシース（４３）、から成る請求項１から１１のいずれか１記載のギヤ機構。
13. 特定負荷の発生から可逆的に、そしてロードダイナミックに延びるばね要素（３５）が各ギヤ機構要素（２６又は１０９）内に間挿される請求項１から１３のいずれか１記載のギヤ機構。
14. 該それぞれの負荷ばね（３５）が作業サイクル（２１）内でロードダイナミックに変形され、ロードダイナミックな方法で蓄えられた該ばね力が、車両の駆動を支持するために次の戻りサイクル（２２）で効率的な方法で再び解放される請求項１３記載のギヤ機構。
15. ロードダイナミックなばね要素（３５）が該ばねのばね力を外部から調整され得て、この様なばね力調整が該ばね要素（３５）のプリテンショニングを増加又は減少させる、油圧要素（３９）により達成される請求項１５又は１６記載のギヤ機構。
16. 回転方向依存のカップリングデバイス（２７又は１１０）が、回転対称なリング（４７）により囲まれる２つのクランピングボデイフリーホィール（４６）が上に配置される回転対称なフリーホィールコア（４５）を有する請求項１から１６のいずれか１記載のギヤ機構。
17. 入力シャフト（１）と出力シャフト（２）の間で連続的に可変のギヤ比を有し、軸（１０）の周りに旋回するよう設置され、該入力シャフト（１）と、該入力シャフトに狂い無く合致する仕方で結合されたカムディスク（７）と、の回転による作業サイクル内での交互にそして相互に重なり合うリフト運動（２１）内でオフセットされた少なくとも２つの振り子アーム（９）を有するギヤ機構であって、前記振り子アームが、該振り子アーム調整路（２０）に沿い動かされる２つの調整部品（１５）により、又は該振り子アーム調整路（２０）に沿い振り子シャフト（１０）により動かされる２つの振り子アーム（９）により、２つの該ギヤ機構の要素（２６）の可変長さの前後運動を生じており、そしてこの交互前後運動が回転方向依存の２つのカップリング（２７）に伝達され、該交互前後運動が今度は出力シャフト（２）の連続、均一回転に変わり、この様な自転車ギヤ機構の重さ及び寸法削減のために、該振り子アーム（９）の各々が、フットペダル回転中に、該振り子アーム（９）上の駆動用のカムディスク（７）上に提供された幾つかの、もし可能な
    ら多数の、カム（８）により、幾つかの、もし可能なら多数の、振れを賦活する、該ギヤ機構を操作する方法。
18. 或る環境で、約５０Ｈｚ（毎秒５０の開き及び閉じ過程）までの本発明に特定的な高シフト周波数を取り扱えて、そして外側リング（４７）の回転の３°より少ない角度のフリーホィールコア（４５）への結合路を有する、回転方向依存のカップリング（２７又は１１０）が使われる請求項１４記載のギヤ機構を操作する方法。
19. 回転方向に依存する、そして破壊力無しで外側リング（４７）とフリーホィールコア（４５）との間の非正の結合を解除するカップリング（２７又は１１０）が使われる請求項１４又は１５記載のギヤ機構を操作する方法。
20. 必要な要求を取り扱うために、クランピングボデイフリーホィール（４６）が回転方向に依存するカップリング（２７又は１１０）上で使われる請求項１４から１６のいずれか１記載のギヤ機構を操作する方法。

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