JP2019504802A - 非円形チェーンスプロケット付自転車用歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明が解決しようとする課題は、自転車の乗り手がよりペダルを踏む感覚を知覚するように、問題のタイプの自転車のギアリングを改善することである。この問題は、本発明により歯車（30）が楕円形であるという点で解決される。
【解決手段】 本発明の自転車用ギア機構は、中央のベアリング軸（y1）が中央に延びる静止した太陽歯車（11）と、前記太陽歯車（11）上を走行して遊星歯車ベアリング軸（y2）周りに回転する遊星歯車（12）と、前記遊星歯車（12）に固定して連結され、ペダルクランク（22）に回転可能に連結されたクランク（21）を有する４節リンク機構（20）と、牽引手段（31）を駆動するための歯付ホイール（30）と、を具備する円筒形ギア歯車装置（10）を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１に記載の特徴を有する自転車用歯車装置に関する。

ギア組立体は、乗り手によって生成された動力のトルクを増加させるものである。これを行うために、ギアリングシステムが自転車に取り付けられ、歯付き歯車のようなギアホイールは、乗り手によって生成されたトルクをチェーンまたは歯付きベルトを介して後輪に伝える。

これに関する従来技術は、DE 10 2010 033 211 B4公報に記載されており、それによれば太陽歯車、遊星歯車、および駆動車軸が全て同じ車軸ハウジング内に収容され、駆動アームが、駆動ハウジング内にも収容されている案内路内の案内ローラによって支持されている。従来のギア組立体の明らかな欠点は、ペダルクランクの各回転中の加速度が異なるため、ペダル操作中において足が滑らかな動きを達成しないことにある。このために乗り手はペダル動作を「踏んでいる」と感じる。

EP 1 863 699 B1公報には、最高出力の領域に、すなわちペダルクランクのほぼ９０°の位置にその最大有効直径を有する楕円形チェーンスプロケットが記載されている。そこは乗り手が最大トルクを加えてチェーンに伝達できる位置である。しかしながら、実際には、楕円形チェーンスプロケットは、楕円形チェーンスプロケットの１回転の間に、より高い及びより低い足加速段階を伴う不均一なペダルフィーリングをもたらす。

本発明は、乗り手がより丸いペダリング感覚を経験するように、この種の自転車の歯車装置を改善する目的を達成することを意図している。

本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の特徴を区別することによって達成される。楕円形は、閉じた対凸曲線であり、同一平面内で常に区別可能であると理解される。従って、歯車の楕円形は、ペダル漕ぎ時の４節リンク機構上の足の下向きの加速度が減少するように、平歯車ユニットと整列される。

楕円形チェーンスプロケット上のペダルクランクの位置は、一定回転中に変化する。

本発明の自転車用歯車装置は、動力供給要素が均一な軌道で同期して案内される動力伝達の使用によって最大トルクを達成することを可能にする。ここでの動力供給要素は、自転車の乗り手の足である。その均一性は、第１にトラックの連続的な凸形状から生じ、第２に楕円歯車による給電要素の領域における絶対加速度の減少から生じる。ギアサイクルの間、クランクやペダルクランクなどの伝達トルクに関与する構成要素は、その長さを変えることなく、互いから簡単にはずれる。

好ましくは、歯車は、より大きい主軸直径と、より小さい副軸直径とを有しており、その結果、歯車の回転方向の主軸直径は、中央のベアリング軸と遊星歯車ベアリング軸との間を通る接続線から常に６０〜１３０°の角度でオフセットされる。この角度が７０〜１２０°、特に８０〜１１０°となる実施形態がとくに好ましい。さらに最適なバージョンにおいて角度は９０〜１００°である。これらの角度範囲では、特に快適なペダリング感覚が、体重を掛ける足の踏み込み運動をすることなく達成される。

４節リンク機構は、中央のベアリング軸上で枢動するキャリアプレートを含み、遊星歯車がそのキャリアプレート上で偏心的に枢動することが望ましい。有利には、キャリアプレートの中央セクションは、中央ベアリング軸上に位置する中央シャフトに捩れがないように接続される。この構成では、ペダルクランクが動作しているときに、キャリアプレートと中央シャフトが単一のアセンブリを形成し、中央ベアリング軸まわりに一緒に回転する。好ましくは、中央シャフトは、第１および／または第２の太陽歯車の内側に同心に配置される。この実施形態の利点は、歯車装置が中心軸の軸方向に特にコンパクトな寸法を有するという事実にある。

第１の好ましい実施形態によれば、４節リンク機構は、３つの回り継手および１つの滑り継手を有する。本実施形態の変形例として、４節リンク機構は４つの回り継手を有することができる。

好ましくは、第１の回り継手は、遊星歯車とキャリアプレートとの間に配置される。

第１の回り継手は、遊星歯車が割り当てられたベアリング軸を中心に回転することを可能にする。

有利なことに、第２の回り継手は、クランクとペダルクランクとの間に配置される。この第２の回り継手は、クランクをペダルクランクに対して回転させる。

さらに、４節リンク機構は、少なくとも第３の回り継手によってキャリアプレートとペダルクランクとの間に配置されたカップリングアセンブリを有することができる。

連結アセンブリが摺動接合部を含むことが有利である。滑り継手は、例えばリニアガイドであってもよい。ここで、リニアガイドとは、あるアセンブリを他のアセンブリに対して一直線に移動させるのに使用される機械的ガイド要素であると理解される。リニアガイドにはある程度の自由度がある。これは、リニアガイドが発生する引き出しトルクも吸収しなければならないことを意味する。好ましくは、リニアガイドは、その中を走るスライドを備えた少なくとも１つの案内路を含む。案内路は、互いに平行に配置された個別にまたは対に配置された直線的な搬送及び案内要素を含むと理解される。操作中において、スライドは、少なくとも１つの案内路と分離不可能に接続され、そのなかで摺動する。

好ましくは、リニアガイドは、１つのパーマネントスポット内にキャリアプレートに取り付けられ、自転車用歯車装置が回転しているときにスライドが中央ベアリング軸に対して半径方向に前後に移動する。有利には、第３の回り継手は、ペダルクランクとリニアガイド内のスライドとの間に配置される。

カップリングアセンブリは、滑り継手の代わりに、第３および第４の回り継手によって支持される揺動アームを含むことができる。揺動アームは剛性アセンブリであると理解され、その一端は支持点に対して２つの方向に中央位置から揺動する。これは、運動学的には最適であるが、実際には故障しやすい滑り継手の使用を避けることができ、使用されている全ての軸受をピボット軸受として構成できるという利点をもたらす。このバージョンでは、４節リンク機構は連続的に回転するクランクによって駆動される。クランクは、常に４本のバーの連結部において最短の長さを有する。４節リンク機構は、揺動アームによって駆動され、揺動アームは、第４の回り継手まわりを揺動運動する。クランクおよび揺動アームは、その第２及び第３の回り継手の間のペダルクランクの部分から形成されたカップリングによって互いに接続されている。クランクと揺動アームの両方がキャリアプレート上を旋回し、クランクは回転する遊星歯車に堅固に接続される。第３の回り継手は、滑り継手の直線運動ではなく、非常に大きな半径の円形軌道に類似する直線運動をシンプルに有する。

好ましくは、第３の回り継手は、ペダルクランクと揺動アームとの間に配置され、第４の回り継手は、揺動アームとキャリアプレートとの間に配置される。

クランクと揺動アームがペダルクランクの同じ側に位置することが特に好ましいことが分かっている。これにより、ペダルクランクは、中央シャフトから軸方向に自転車のギアリングシステムの外側に位置し、非常に低いＱファクタを可能にする。有利には、クランクおよび揺動アームは、キャリアプレートとペダルクランクとの間の中心軸から軸方向に配置される。

好ましくは、第４の回り継手は、第３の回り継手のベアリング軸との間に０°位置と９０°位置にある接続線上に垂直に配置された垂直中心に配置される。したがって、２つの支承軸は、それらの終端位置にあるとき、自転車の伝動システムの中央支承軸を通る直線上にある。ここで、４節リンク機構は、中央クランクロッカー機構に対応している。

好都合なことに、歯付ホイールはキャリアプレートおよび／または中央シャフトに堅固に接続されているので、乗り手によって自転車のギアリングシステムに加えられたトルクは、可能な限り少ない損失で牽引要素、特に自転車チェーンに伝達される。

太陽歯車と遊星歯車は、１：２の固定変速比を有することが好ましい。これにより、平歯車ユニットと４節リンク機構との相対的な位置は、１つの歯車回転中に互いに常に一定に保たれる。

自転車用歯車装置が取り付けられている場合に、平歯車ユニットは、静止した第２の太陽歯車を含むことができ、太陽歯車および第２の太陽歯車は、フレーム要素の両側に取り付けられ、第２の太陽歯車から延びて第２の遊星歯車軸まわりに回転する第２の遊星歯車を有し、第２の４節リンク機構は、第２の遊星歯車に堅固に接続され、第２のペダルクランクに回転可能に連結された第２のクランクを含む。これは、中央に配置された中央シャフトの両側に太陽歯車を取り囲む外側太陽歯車と対称４節リンク機構とを有する自転車のギアリングシステムをもたらす。本実施形態は、自転車フレームの両側にペダルクランクを有する従来のボトムブラケットに対応するものである。

好ましくは、第２の遊星歯車および第２の４節リンク機構は、遊星歯車と４節リンク機構とから１８０°オフセットされている。
これにより、４節リンク機構および第２の４節リンク機構が中央ベアリング軸の周りを対称に動き回り、例えば、ペダルクランクが下死点にあり、第２のペダルクランクが同時に上死点にあるようにする。

より理解を深めるために、本発明を以下の５つの図に基づいてより詳細に説明する。

図１は、ペダルクランクが０°の位置にあるときの第１の実施形態の自転車用歯車装置の側面図である。 図２は、ペダルクランクが９０°の位置にあり、第２のペダルクランクが２７０°の位置にあるときの図１の自転車用歯車装置の側面図である。 図３は、ペダルクランクが０°の位置にあり、第２のペダルクランクが１８０°の位置にあるときの自転車用歯車装置を示す縦断面図である。 図４は、ペダルクランクが０°の位置にあるときの第２の実施形態の自転車用歯車装置の側面図である。 図５は、ペダルクランクが９０°の位置にあるときの図４の自転車用歯車装置の側面図である。

図１にペダルクランク２２が０°位置にあるときの第１の実施形態の自転車用歯車装置の側面図を示し、図２にペダルクランク２２が対応する時計方向回転方向Ｍに９０°回転して９０°の位置にあるときの自転車用歯車装置を示す。

図１と図２の両図は、本発明の自転車用歯車装置を設置位置に示しており、フレーム要素６０によって、ここには示されていない自転車フレームに接続されている。このために、フレーム要素６０は、前部パイプ（取付フランジ６３）、サドルパイプ（取付フランジ６４）、および後部パイプ（取付フランジ６５）にそれぞれ取り付けるための３つの取付フランジ６３，６４，６５を有している。

フレーム要素６０の第１の側部６１には、遊星歯車１２と共に平歯車ユニット１０を形成する静止太陽歯車１１と、平歯車ユニット１０と相互作用する４節リンク機構２０と、が示されている。フレーム要素６０の（ここでは覆われた）第２の側面６２には、第２の４節リンク機構２０ａ（図３参照）と相互作用する第２の太陽歯車１１ａがある。図１と図２の図面平面におけるフレーム要素６０の背後に位置するアセンブリの図面参照は、符号「ａ」で示されており、主に図３の縦断面図で見ることができる。

両４節リンク機構２０，２０ａは、その前面が見えるように、フレーム要素６０を横切って延びる中央シャフト１４に連関している。中央シャフト１４は、自転車用歯車装置の中央ベアリング軸ｙ_１を画定する。

中央シャフト１４の各軸方向端部には、キャリアプレート２３，２３ａが捩れないように取り付けられており、自転車用歯車装置が作動しているときには、中央シャフト１４と共に円形状に回転する。キャリアプレート２３と中央シャフト１４との間の接続は、キャリアプレート２３の中央に位置する部分で行われる。その外側に位置するキャリアプレート２３の部分において、遊星歯車１２は、回転可能なように第１の回り継手４０によってキャリアプレート２３に支持されている。

クランク２１，２１ａは、遊星歯車１２，１２ａに取り付けられており、遊星歯車１２，１２ａは回転できないか、または遊星歯車と一体の組立体の一部を形成する。クランク２１，２１ａは、遊星歯車１２，１２ａから軸方向にオフセットして半径方向に突出し、第２の回り継手４１（図３参照）によってペダルクランク２２，２２ａに回転可能に係合している。

揺動アーム２５，２５ａの形状のキネマティックカプラ２４，２４ａも、キャリアプレート２３に回転可能に接続されている。揺動アーム２５，２５ａの第１の端部は、第３の回り継手４２によってフレーム要素２に連関する側のペダルクランク２２に係合する。揺動アーム２５の他端は、第４の回り継手４３を介してキャリアプレート２３に回転可能に締結されている。

ペダル（図示せず）を介して自転車の乗り手は、自転車用歯車装置の外側（図３参照）の中央シャフト１４に軸方向に配置された２つのペダルクランク２２，２２ａに動力を供給する。図１、図３および図４は、ペダルクランク２２，２２ａおよびそれらの各々に連関する４節リンク機構２０，２０ａを０°位置に示し、ペダルクランク２２，２２ａおよび関連するクランク２１，２１ａが伸張され、これはクランク２１，２１ａが遊星歯車１２，１２ａの遊星歯車ベアリング軸ｙ_２，ｙ_２ａから中央シャフト１４に向かって半径方向内方に出て行くことを示していることを意味する。これにより、ペダルクランク２２，２２ａの自由端が最も外側の位置に置かれる。

歯付ホイール３０は、キャリアプレート２３と外方に係合し、自転車用歯車装置の回転運動をチェーン３１の形態の牽引要素に伝達する。

歯付ホイール３０は、主軸直径Ｄ_Ｈと副軸直径Ｄ_Ｎとに跨がる楕円形であり、主軸直径Ｄ_Ｈは、接続線１３と約９０°の角度αで交差する。接続線１３は、平歯車ユニット１０の向きにかかわらず、中央シャフト１４のベアリング軸ｙ_１および遊星歯車ベアリング軸ｙ_２，ｙ_２ａと常に交差する。この楕円形状の歯付ホイール３０の向きは、特に９０°位置の領域の周りの足の加速度を減少させるのに特に有効である。

また、図３の縦断面図は、フレーム要素６０に対して静止し、かつフレーム要素２の第２の側部６２に位置する第２の太陽歯車１１ａを示している。太陽歯車１１と第２の太陽歯車１１ｂとは、互いに堅固に接続され、単一の一体部品を形成する。単一の一体型アセンブリは、それを破壊する以外には分離できない接続を含むものと理解される。

中央シャフト１４は、太陽歯車１１，１１ａの内側で同心に延びており、第１及び第２太陽歯車１１，１１ａの領域において、中央シャフト１４は、それを回転可能にする中央シャフト軸受１５によってそれらの各々に取り付けられている。

図４と図５は、第２の実施形態における比較によるペダルクランク２２の０°の位置（図４）および９０°の位置を示す。第２の実施形態は、３つの回り継手４０，４１，４２および滑り継手５０の形態のカプラ２４を備えた４節リンク機構２０，２０ａを含む。滑り継手５０は、２つの平行な案内路５３と、案内路５３の範囲に沿って軸方向に移動するスライド５２とを含むリニアガイド５１として構成される。案内路５３は、０°位置と９０°位置とでペダルクランク２２の軸線方向範囲に平行に整列される。

案内路５３は、キャリアプレート２３に恒常的に締結され、自転車用歯車装置が回転方向Ｍで動作しているときに、中央のベアリング軸ｙ_１を中心に回転する。スライド５２は、第３の回り継手４２を介してペダルクランク２２に回転可能に接続されている。

図４では、ペダルクランク２２が０°位置に整列された状態で、接続線１３は、第２の回り継手４１を通って垂直にベアリング中心軸ｙ_１から遊星歯車ベアリング中心軸ｙ_２まで延びている。加えて、主軸径Ｄ_Ｈは、歯付ホイール３０から回転方向Ｍに約９０°の角度αでオフセットしている。

図５のペダルクランク２２の９０°位置では、接続線１３は、中央のベアリング軸ｙ_１と遊星歯車ベアリング軸ｙ_２との間の像平面内で水平に延びている。主軸直径Ｄ_Ｈは、垂直位置に対して約９０°の角度だけ回転される。

10…平歯車ユニット、11…太陽歯車、11a…第２の太陽歯車、12…遊星歯車、13…接続線、14…中央シャフト、15…中央シャフト軸受、
20…４節リンク機構、20a…第２の４節リンク機構、21…クランク、21a…第２のクランク、22…ペダルクランク、22a…第２のペダルクランク、23…キャリアプレート、23a…第２のキャリアプレート、24…カプラ、24a…第２のカプラ、25…揺動アーム、25a…第２の揺動アーム、
30…歯付ホイール、31…牽引要素，チェーン、
40…第１の回り継手、41…第２の回り継手、42…第３の回り継手、43…第４の回り継手、
50…滑り継手、51…リニアガイド、52…スライド，リニアガイド、53…案内路、
60…フレーム要素、61…フレーム要素の第１の側部、62…フレーム要素の第２の側部、63…取付フランジ，前部パイプ、64…取付フランジ，サドルパイプ、65…取付フランジ，後部パイプ、
α…主軸径／接続ライン角、Ｄ_Ｈ…主軸径、Ｄ_Ｎ…副軸径、Ｍ…歯付ホイールの回転方向、ｙ_１…中央シャフトベアリング軸、ｙ_２…遊星歯車ベアリング軸、ｙ_２ａ…第２の遊星歯車ベアリング軸。

Claims (13)

1. その中心と交差する中央シャフトベアリング軸（ｙ_１）を有する固定太陽歯車（１１）、および、前記太陽歯車（１１）上を走行して遊星歯車ベアリング軸（ｙ_２）まわりに回転する遊星歯車（１２）を含む平歯車ユニット（１０）と、
   前記遊星歯車（１２）に堅固に接続され、ペダルクランク（２２）に回転可能に連結されたクランク（２１）を含む前記平歯車ユニット（１０）と相互作用する４節リンク機構（２０）と、
   牽引要素（３１）を駆動することができる歯付ホイール（３０）と、
   を具備し、
   前記歯付ホイール（３０）が楕円形状であることを特徴とする自転車用歯車装置。
2. 前記歯付ホイール（３０）は、前記歯付ホイール（３０）の回転方向（Ｍ）の主軸径（Ｄ_Ｈ）が前記中央シャフトベアリング軸（ｙ_１）と前記遊星歯車ベアリング軸（ｙ_２）との間に延びる接続線（１３）から６０°〜１３０°の角度で常にオフセットされるように、より大きい主軸径（Ｄ_Ｈ）およびより小さい副軸径（Ｄ_Ｎ）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記４節リンク機構（２０）は前記中央シャフトベアリング軸（ｙ_１）上で枢動するキャリアプレート（２３）を含み、前記遊星歯車（１２）は前記キャリアプレート上で偏心して枢動することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の装置。
4. 前記４節リンク機構（２０）は、３つの回り継手（４０，４１，４２）および滑り継手（５０）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記４節リンク機構（２０）は、４つの回り継手（４０，４１，４２，４３）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記遊星歯車（１２）と前記キャリアプレート（２３）との間に第１の回り継手（４０）が配置されていることを特徴とする請求項４または５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記クランク（２１）と前記ペダルクランク（２２）との間に第２の４節リンク機構が配置されていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記４節リンク機構（２０）は、少なくとも１つの第３の回り継手によって前記キャリアプレート（２３）と前記ペダルクランク（２２）との間に配置されるカプラ（２４）を含むことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記カプラ（２４）は、前記滑り継手（５０）を含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記カプラ（２４）は、前記第３の回り継手（４２）と第４の回り継手（４３）とによって支持される揺動アーム（２５）を含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
11. 前記第３の回り継手（４２）は前記ペダルクランク（２２）と前記揺動アーム（２５）との間に配置され、前記第４の回り継手（４３）は前記揺動アーム（２５）と前記キャリアプレート（２３）との間に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記歯付ホイール（３０）は、前記キャリアプレート（２３）および／または中央シャフト（１４）に堅固に接続されていることを特徴とする請求項３乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記平歯車ユニット（１０）は、静止した第２の太陽歯車（１１ａ）を含み、前記太陽歯車（１１）および前記第２の太陽歯車（１１ａ）はフレーム要素（６０）の対向する側部（６１，６２）に取り付け可能であり、前記第２の太陽歯車（１１ａ）上を走行して第２の遊星歯車ベアリング軸（ｙ_２ａ）を中心に回転する第２の遊星歯車（１２ａ）が設けられており、前記第２の遊星歯車（１２ａ）に堅固に接続され、第２のペダルクランク（２２）に回転可能に連結された第２のクランク（２１ａ）を含む第２の４節リンク機構（２０ａ）と前記第２の遊星歯車（１２ａ）が相互作用することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の装置。

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