JP3838429B2 - Bicycle crank drive chain device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は自転車用クランク駆動チェーン装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に自転車用クランク駆動チェーン装置は、自転車のボトムブラケットにクランク軸ならびに該クランク軸と一体化された一対のクランクアームおよびクランクチェーンギアを設けるとともに、後輪ハブにはリアチェーンギアを設け、クランクチェーンギアとリアチェーンギアの間に駆動チェーンを張設して、クランクアームに連結したペダルの踏み込みにより発生したトルクをクランクチェーンギアから駆動チェーンを介してリアチェーンギアに伝達し、後輪を駆動して自転車を走行するようにしている。
【0003】
自転車運転時のペダリング動作は、図12に示すように、運転者Aの膝関節Bが往復機関のピストン、脛Cがコネクティングロッドの役割を果たしており、膝関節部の上下運動によってクランク軸Dを回転させるものであり、典型的な往復運動クランク回転機構である。このため、膝関節BとペダルEおよびクランク軸Dが一直線上に位置した場合(図12の状態)は上死点となり、回転トルクが生じない。また、図12に示す位置からクランク軸Dが(同図において)反時計方向に180°回転した位置では下死点となって、このときも回転トルクが生じない。クランク軸Dが上死点から下死点へと180°回転する間に運転者AがペダルEを踏み込むことによってトルクを生じさせ、これをクランクチェーンギアFから駆動チェーンGを介してリアチェーンギアHに伝達して後輪Iを走行駆動する。
【0004】
クランクペダルの踏み下げ速度は実効クランクアーム長に比例するため、踏み始め(クランク軸の上死点近く)と終わり(下死点近く)では速度が遅く中間域で速度が速い正弦波カーブを描く(図13参照)。また、特別な訓練を受けていない一般の人はほとんどがペダル踏み下げ動作のみで有効なトルクを発生させており、その有効クランク角度は上死点後45°〜135°の間の約90°の角度範囲(図13下図の横線領域)となる。言い換えれば、クランク長の実寸をrとすると、クランク軸角度θのときの有効クランク長LはL=rsinθとなるので、有効クランク長Lがクランク長rの70%以上となる領域がトルク発生の実用領域であると考えられる。この範囲以外の踏み下げ領域ではトルク変換効率が低く、非効率なペダリング動作を強いられている。
【0005】
このような問題を解決するための手段として、クランクチェーンギアを楕円形等の非円形にすることが従来より提案されている(特公昭62−43906号公報、特公昭62−43907号公報、特開平9−20281号公報、特開平10−291493号公報、実用新案登録第3024134号公報等)。非円形クランクチェーンギアにおいてはピッチ径が歯ごとに異なることから、リアチェーンギアが真円形であっても、ペダリング周期においてギア比を連続的に変化させることができるため、適切なギア比を設定することによってペダル踏み下げによるトルク変換効率を向上させようとするものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように非円形クランクチェーンギアを採用することについて多くの提案がなされているにもかかわらず、一般に定着するには至っていないのが現状である。
【0007】
これには幾つかの理由が考えられるが、一つは、非円形ギアを製造することの困難さとそれに伴う製造コストの増大である。クランクチェーンギアを非円形とすることはその歯ごとのピッチ径を駆動チェーンのピッチに対応させなければならず、しかも該ピッチ径を所望のギア比が得られるように設定しなければならないため製造が困難であり、しかも汎用性に乏しいため一般の市販品を流用することができず、製造コストが嵩んでしまう。
【0008】
また、クランクチェーンギアの非円形を極端にする(楕円率(長軸/短軸の比率)を大きくする)と、ペダリングにおいてその一部に負荷が集中したり、駆動チェーンの曲がり角が大きくなる等の理由によって十分な耐久性を確保することができないという問題がある。さらには、非円形クランクチェーンギアの長軸が略水平となった状態で負荷がかかると、水平に近い領域で駆動チェーンに滑りが生じてチェーンが外れやすくなるという問題もある。このため、クランクチェーンギアを非円形にするとしてもその楕円率は1.3程度が実用上の限度であるが、この程度の楕円率では約±15%の変化率にすぎず、真円形クランクチェーンギアと比べた場合の改善効果が体感上得られなかった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の事情に鑑みて、本発明は、自転車の運転状態において、運転者による直線的なペダル踏み下げ力を走行負荷状態に応じた最適なトルク特性に変換することができる新規な機構を提供することを目的とする。
【0010】
自転車が定常走行しているときは、運転者および自転車の質量による車輪の回転が基準となっている。そこで、本発明者は、クランクチェーンギアとリアチェーンギア間の張り側において駆動チェーンと噛み合う偏心中間アイドルギアを設けることにより該張り側の経路長をクランク軸の回転に同期させて周期的に変化させ、クランク軸の回転に角速度変化を生じさせることを見出した。
【0011】
自転車のクランク軸には2本のクランクアームが180°間隔で連結されるので、張り側チェーン経路中に円形の偏心アイドルギアを噛み合わせて偏心回転させる場合、クランク軸の回転速度の2倍の速度で回転するように同期させればよく、すなわち、クランクチェーンギアの歯数の半分の歯数を持つギアを用いればよいことになる。また、偏心ギアによるチェーン経路長の変化は180°ごとに最大・最小を繰り返すので、クランク軸上では90°ごととなる。ここで、基準クランク軸角速度に対して、偏心中間ギアによるクランク軸角速度変化率増加側を+、減少側を−とすると、
増加側変化率(+%)=(Rp−1)×100
減少側変化率(−%)=(Rm−1)×100
となる。ここで、Rpは偏心ギアの入力側最大有効半径と出力側最小有効半径との比、Rmは偏心ギアの入力側最小有効半径と出力側最大有効半径との比である。
【0012】
上記算出式により変化率が±15%〜±50%となるようにして試作したところ、いずれも機構的には全く問題なく動作するものであったが、人間の脚の動きがクランク軸の角速度変化に追従できる範囲は±30%が限度であることが分かった。また、円形偏心中間アイドルギアによるクランク軸の角速度変化は略正弦波カーブであり、クランクペダルの踏み下げ速度を補正するに十分な特性を持っていることも確認された。
【0013】
本発明は、以上の知見および実験に基づいて完成するに至ったものであり、クランク軸と、該クランク軸と同軸に一体的に回転する一対のクランクアームおよびクランクチェーンギアと、後輪ハブに同軸に一体的に回転するリアチェーンギアと、クランクチェーンギアとリアチェーンギアの間に張設した駆動チェーンとを備えた自転車用クランク駆動チェーン装置において、駆動チェーンの張り側経路中に、クランク軸の回転周期の半分の周期で動作する偏心中間アイドルギアを介在させて駆動チェーンと噛み合わせることにより、張り側チェーン経路長を周期的に変化させ、走行中のクランク軸に角速度変化を与えることを特徴としている。
【0014】
偏心中間アイドルギアは、クランクチェーンギアの半分の歯数を有する円形ギアとして構成することが好ましい。
【0015】
本発明による自転車用クランク駆動チェーン装置は、クランク軸の180°回転の間で一方のクランクアームが上死点および下死点に位置するときをそれぞれクランク軸回転角度0°および180°として、クランク軸回転角度45°のときに張り側チェーン経路が最短となり、クランク軸回転角度135°のときに張り側チェーン経路が最長となるような第1の設定で実施することが可能である。
【0016】
また、同様に、クランク軸の180°回転の間で一方のクランクアームが上死点および下死点に位置するときをそれぞれクランク軸回転角度0°および180°として、クランク軸回転角度0°のときに張り側チェーン経路が最短となり、クランク軸回転角度90°のときに張り側チェーン経路が最長となるような第2の設定が実施することも可能である。
【0017】
さらには、これら第1および第2の設定を含む複数の設定を可能にするための設定変更手段を設けることができる。この設定変更手段としては、偏心中間アイドルギアに同心状に形成される複数の係合穴と、これら係合穴の一つに係合可能であるロックピンと、ロックピンを係合穴の一つに係合させる方向にロックピンを付勢するスプリングと、ロックピンをスプリングの付勢に抗して係合穴との係合から解除するための操作ノブとを有する構成を採用することができる。また、他の設定変更手段として、偏心中間アイドルギアの回転軸を複数位置間で移動可能に設けるとともに、該偏心中間アイドルギアの回転軸を位置移動させるための切り替えレバーを設けた機構として構成することが可能である。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明による自転車用クランク駆動チェーン装置の理念的構成を図1に示す。同図において、符号1はクランクチェーンギア、2はリアチェーンギア、3はこれらの間に張設された駆動チェーン、4は駆動チェーン3の張り側に噛み合う偏心中間アイドルギア、5は本発明の主題には直接関連しないテンション装置である。
【0019】
図1の構成において、クランクチェーンギア1として直径194.6mmの円形ギアを用い、偏心中間アイドルギア4として直径97.3mm、偏心量8.5mmの円形偏心ギアを用い、偏心中間アイドルギア4を張り側(駆動側)に略90°噛み合わせることによって変動するクランク軸角速度変化率は、下記計算式より+28%、−22%となり、略±25%となる。
((54.5/42.5)−1)×100=+28(%)
((42.5/54.5)−1)×100=−22(%)
【0020】
比較のため、従来技術に基づいてクランクチェーンギアを楕円形ギアにした場合は、楕円率(長軸/短軸の比率)を1.6としたときに半径変化率が±23%となる(図14)が、前述したようにこのような楕円率とすることは実用的な限界を大きく超えるものであって実製品では採用することができない。
【0021】
図2は、本発明のより具体的な実施形態を示すもので、クランク軸(図示せず)と同軸に一体的に回転するクランクチェーンギア1と、後輪ハブ6と同軸に一体的に回転するリアチェーンギア2との間に張設した駆動チェーン3の張り側に、円形偏心中間アイドルギア4を噛み合わせている。一対のクランクアーム7a,7bがクランク軸の両端に180°間隔で取り付けられていてクランク軸と同軸に一体的に回転する。クランクアーム7a,7bの先端にはそれぞれ回動自在にペダル8a,8bが連結されている。
【0022】
図2(A)は偏心ギア4の中心が回転軸10の最上方位置にあって、駆動チェーン3の張り側経路長が最短となっているときであり、この実施形態では、一方のクランクアーム7a(右足をペダル8aにかけて踏み込む)が上死点にあるときのクランク軸回転角度を0°として、クランク軸回転角度が45°のときに張り側駆動チェーン経路長が最短となるように設定している(以下の記述においてこの設定を「標準設定」と呼ぶ)。図2(B)は偏心ギア4の中心が回転軸10の最下方位置にあり、クランク軸回転角度が135°であって、駆動チェーン3の張り側経路長が最長となっているときである。
【0023】
図3は、この実施形態におけるクランク軸回転角度とクランク軸角速度との関係(A)および後輪駆動トルクとの関係(B)を示すグラフである。図3(A),(B)において実線がこの実施形態における関係であり、破線は偏心ギア4を用いない場合を参考的に示している。駆動チェーンの張り側に偏心ギアを用いない場合は、図3(A)に破線で示されるようにクランク軸が一定速度で回転して角速度変化がないため、クランク軸回転角度と駆動トルクとの関係は図3(B)に破線で示されるようなものとなり、前述のように、そのピークトルクの70%以上が実用領域であるとすると、(片足によるペダリング角度範囲180°のうちの)45°〜135°の約90°のクランク軸回転角度範囲で有効トルク発生が得られることになる。
【0024】
これに対して、図2の標準設定の本発明実施形態によると、図3(A)に実線で示されるようにクランク軸回転角度が45°〜135°の範囲で角速度が減少し、90°のときに角速度減少がピークとなり、これに伴って、図3(B)に実線で示されるように、偏心ギアなしの場合に比べて若干平坦なトルクカーブを描くことになる。図3(B)に示す偏心ギアなしの場合(破線)と本発明実施形態の場合(実線)の各トルクカーブをそれらのピークを合わせて描写したのが図4であり、ピークトルクの70%以上が実用領域であるとすると、偏心ギアなしの場合は前述のように45°〜135°の約90°のクランク軸回転角度範囲で有効トルク発生が得られるのに対して、より平坦なトルクカーブを描く本発明実施形態の場合には、約30°〜150°の約120°の広範囲にわたって有効トルク発生が得られており、有効トルク発生領域が拡大されていることが分かる。
【0025】
ここで、標準設定の本発明実施形態の場合に図3(B)で実線で示すようなトルクカーブが得られることについて、図2とともに図5を参照して説明すると、張り側駆動チェーン経路が最短となる図2(A)の位置(クランク軸回転角度=45°)と同経路が最長となる図2(B)の位置(クランク軸回転角度=135°)では経路長が変化しないデッドポイントとなるため、クランク軸角速度が一定である偏心ギアなしの場合と発生トルクは同じである(図3(B)参照)。
【0026】
より詳しく説明すると、駆動チェーンの張り側に偏心アイドルギア4を噛ませた本発明機構では、トルク入力側(クランクチェーンギア1側)における偏心ギアの有効半径(駆動チェーン3との接点と偏心ギア4の回転軸10との間の距離)とトルク出力側(リアチェーンギア2側)における偏心ギア有効半径との比が出力トルクを決定することになるが、図2(A)=図5(A)のデッドポイントではトルク入力側とトルク出力側とで偏心ギア4の有効半径が同じである(RA=RA)ため、トルク変化が生じない。同様に、図3(B)=図5(B)のデッドポイントでもトルク入力側とトルク出力側とで偏心ギア4の有効半径が同じである(RC=RC)ため、トルク変化が生じない。
【0027】
これに対して、クランク軸回転角度が45°〜135°の間にあるときは、図5(C)に示すように、トルク入力側の偏心ギア有効半径(RS)とトルク出力側の偏心ギア有効半径(RL)との関係がRL>RSとなるため、偏心ギアなしの場合と比べると発生トルクは減少する(図3(B)参照)が、後輪駆動速度は速くなる。そして、RL/RSの比率は図5(C)に示す位置、すなわちクランク軸回転角度が90°となるとき、言い換えればクランクアーム7a,7bが略水平となるときに最大となるので、このときに、発生トルクは相対的に最小となるが後輪駆動速度が最大となる。
【0028】
標準設定時の本発明実施形態は上記のような特性を有するので、上死点から下死点に至るペダリングにおいて比較的フラットなトルク発生が得られ、有効トルク発生領域が従来の45°〜135°の約90°の範囲から約30°〜150°の約120°の広範囲にわたって得られる。また、この標準設定によると、クランク軸回転角度が90°のときに最大の後輪駆動速度が得られるので、通常の自転車走行において最も負荷がかかるときにペダリングが軽く感じられて、スムーズな走行感が得られる。
【0029】
図2の実施形態に示す偏心ギア4の詳細が図6に示されている。偏心ギア4の中心開口(符号なし)に偏心軸ユニット9の軸9aが嵌入されており、この偏心軸9aと平行に延長する中空軸(符号なし)には、偏心ギア4の回転軸となるロックピン10が、スプリング14により同図において下方に付勢された状態で挿入されている。ロックピン10の一端にはノブ10aが設けられ、他端は上記バネ付勢によって、偏心ギア4に同心状に所定等角度(この実施形態では30°)間隔で配列された係合穴11のいずれか一つと係合している。偏心軸ユニット9の回転軸部9bは、ボールベアリング12を介して、自転車の適所に固定された軸受13に対して回転可能に装着されている。
【0030】
上記構成において、スプリング14の付勢に抗してノブ10aを引き上げてロックピン10を係合穴11から抜き出し、このままの状態で偏心ギア4を所望の角度だけ手動回転させた後に、ノブ10aから手を離すことにより、ロックピン10を以前とは別の係合穴11に係合させることができるので、クランク軸回転角度と張り側駆動チェーン経路長との相関関係に関する設定を任意に変えることができる。
【0031】
たとえば、前述の標準設定からクランク軸回転角度45°だけ位相をマイナス方向にずらして、クランク軸回転角度が0°のとき(クランクアーム7aが上死点にあるとき)に張り側駆動チェーン経路長が最短となり、クランク軸回転角度が90°のとき(クランクアーム7aが上死点と下死点の中間位置にあるとき)に張り側駆動チェーン経路長が最長となるように設定することができ(以下の記述においてこの設定を「疑似変速モード設定」と呼ぶ)、この場合の実施形態の概略構成が図7(A)(クランク軸回転角度0°のときの状態図)および図7(B)(クランク軸回転角度90°のときの状態図)に示されており、また、この実施形態におけるクランク軸回転角度とクランク軸角速度との関係(A)および後輪駆動トルクとの関係(B)を示すグラフが図8に示されている。図8(A),(B)において実線がこの実施形態における関係であり、破線は偏心ギア4を用いない場合を参考的に示している。駆動チェーンの張り側に偏心ギアを用いない場合については、図3(A),(B)を参照して既述したので、ここでは説明を省略する。
【0032】
図7の疑似変速モード設定の本発明実施形態によると、図8(A)に実線で示されるようにクランク軸回転角度が0°〜90°の範囲で角速度が減少して45°のときに角速度減少がピークとなり、また、90°〜180°のクランク軸回転角度範囲では角速度が増大して135°のときに角速度増大がピークとなり、これに伴って、図8(B)に実線で示されるようなトルクカーブを描くことになる。
【0033】
ここで、疑似変速モード設定の本発明実施形態の場合に図8(B)で実線で示すようなトルクカーブが得られることについて説明すると、張り側駆動チェーン経路が最短となる図7(A)の位置(クランク軸回転角度=0°)と同経路が最長となる図7(B)の位置(クランク軸回転角度=90°)では経路長が変化しないデッドポイントとなるため、クランク軸角速度が一定である偏心ギアなしの場合と発生トルクは同じである(図8(B)参照)。
【0034】
すなわち、前述のように、駆動チェーンの張り側に偏心アイドルギア4を噛ませた本発明機構では、トルク入力側(クランクチェーンギア1側)における偏心ギアの有効半径(駆動チェーン3との接点と偏心ギア4の回転軸10との間の距離)とトルク出力側(リアチェーンギア2側)における偏心ギア有効半径との比が出力トルクを決定することになるが、図7(A)および図7(B)の各デッドポイントではトルク入力側とトルク出力側とで偏心ギア4の有効半径が同じであるため、トルク変化が生じない。
【0035】
これに対して、クランク軸回転角度が0°〜90°の間にあるときは、図9(A)に示すように、トルク入力側の偏心ギア有効半径(RS)とトルク出力側の偏心ギア有効半径(RL)との関係がRL>RSとなるため、偏心ギアなしの場合と比べると発生トルクは減少する(図8(B)参照)が、後輪駆動速度は速くなる。一方、クランク軸回転角度が90°〜180°の間にあるときは、図9(B)に示すように、トルク入力側の偏心ギア有効半径(RS)とトルク出力側の偏心ギア有効半径(RL)との関係がRL<RSとなるため、偏心ギアなしの場合と比べると発生トルクが増大し(図8(B)参照)、後輪駆動速度は遅くなる。
【0036】
疑似変速モード設定時の本発明実施形態は上記のような特性を有するので、特別な訓練を受けていない一般の人がペダリングするときに十分な踏み込み力を得にくい上死点から90°までの領域ではトルク発生は小さいものの後輪駆動速度が速くなるので、軽快な走行感が得られ、一方、大きな踏み込み力が得られる90°から下死点までの領域、特に最大の踏み込み力が得られる135°近辺できわめて大きなトルク発生が得られるので、0°〜90°までの走行で得られた速度を利用した十分なペダル踏み込みによって高トルク発生が可能となり、発進時や登坂時等の高負荷時にも肉体的負担を軽減させた効率のよい走行が可能となる。
【0037】
また、この走行特性によると、運転者はペダリング周期の後半である90°〜180°のクランク軸回転角度範囲において集中的にペダリングを行い、前半の0°〜90°では負荷の少ない軽快なペダリングで速度を稼ぐことに集中すればよいので、単純な繰り返し動作から開放されたメリハリのある運転動作を行うことができ、長距離運転時の疲労感を減少させることができる。
【0038】
さらに、偏心ギアなしの場合に90°〜180°のペダリング周期後半での走行に負担感が大きいのは、角速度が一定であってトルク発生が徐々に減少してゆく(図3および図8の破線)トルク特性であるだけでなく、このときにはペダリングを担当している足とは反対の足を持ち上げるための負荷がさらに加わって運転者の肉体的負担が増大されることにあるが、上記した本発明の疑似変速モード設定によれば、この間のトルク発生が増大しているので、反対の足を持ち上げるための負荷に対しても疲労感が少ない。
【0039】
以上において、本発明による自転車走行特性の設定として「標準設定」と「疑似変速モード設定」の2通りを説明したが、クランク軸回転角度と張り側駆動チェーン経路長との関係、言い換えればクランク軸回転角度とクランクアーム位置との関係を任意に変更することによって様々な設定にすることができる。
【0040】
また、本発明による自転車走行特性の設定を変更するために、前述の実施形態では図6に示すような構成の可変機構付き偏心ギア4を用いて、ロックピン10の抜き差しによって設定変更を行うようにしたが、かかる設定変更手段としては任意の構成を採用することができる。
【0041】
たとえば、図10および図11に示すような切り替えレバー15の先端を偏心ギア4の移動可能な回転軸17に回動自在に連結するとともに、その中間地点を支点16に軸支して、運転者が切り替えレバー15を操作することによって偏心ギア4の回転軸17を移動させ、クランクアーム7a,7bの位置をクランク軸に対して相対的に回転させることができるような構成を採用してもよい。図10(A),(B)は図2(A),(B)に対応する標準設定における45°および135°の各デッドポイント位置を示し、この標準設定から切り替えレバー15を支点16を中心として図において反時計方向に回動させることによって、図11(A),(B)に示すように、図7(A),(b)に対応する疑似変速モード設定とすることができる。
【0042】
以上に本発明の幾つかの実施形態について図面を参照しながら詳述したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において広く変形態様を取り得る。たとえば、張り側駆動チェーン経路長を周期的に変化させるための中間偏心アイドルギアとして、偏心ギア4に代えて遊星ギアを用いることができる。
【0043】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、クランク軸と、該クランク軸と同軸に一体的に回転する一対のクランクアームおよびクランクチェーンギアと、後輪ハブに同軸に一体的に回転するリアチェーンギアと、クランクチェーンギアとリアチェーンギアの間に張設した駆動チェーンとを備えた自転車用クランク駆動チェーン装置において、駆動チェーンの張り側経路中に、クランク軸の回転周期の半分の周期で動作する偏心中間アイドルギアを介在させて駆動チェーンと噛み合わせることにより、張り側チェーン経路長を周期的に変化させ、走行中のクランク軸に角速度変化を与えるようにしたので、自転車の運転状態において、運転者による直線的なペダル踏み込み力を走行負荷状態に合わせた最適トルク特性に変換することができ、トルク変換効率を顕著に向上させることができる。
【0044】
本発明によれば、偏心中間アイドルギアを含むすべてのギアについて円形ギアを使用可能であるため、製作コストが安価に済み、楕円形ギア等の非円形ギアをクランクチェーンギアに用いた場合の欠点を排除することができる。
【0045】
さらに、本発明によれば、各ギアの歯数、偏心中間アイドルギアの偏心量、クランクアームとの偏心軸角度等の設定における自由度が大きく、有効クランク角度を上死点後30°〜150°間の約120°の範囲に亘るまで拡大することでき、従来の円形クランクチェーンギア方式の場合の有効クランク角度が45°〜135°間の約90°の範囲であったことに比べて、顕著な改善効果を得ることができる。
【0046】
また、本発明によれば、クランク軸回転角度と張り側駆動チェーン経路長との相関関係ないし自転車走行特性を任意に設定可能であり、自転車走行時の負荷状態や運転者の嗜好に応じた設定をすることができ、変速ギアを付けなくても疑似変速動作を行うように設定することが可能であるし、2〜3段程度の簡単な変速ギアを付加することによってより一層の走行性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による自転車用クランク駆動チェーン装置の理念的構成図である。
【図2】本発明のより具体的な実施形態を標準設定にして示す装置構成図で、同図(A)は張り側駆動チェーンが最短経路となるとき、同図(B)は張り側駆動チェーンが最長経路となるときの状態図である。
【図3】標準設定の本発明実施形態におけるクランク軸回転角度とクランク軸角速度との関係(A)および後輪駆動トルクとの関係(B)を示すグラフである。
【図4】図3(B)に示す偏心ギアなしの場合(破線)と本発明実施形態の場合(実線)の各トルクカーブをそれらのピークを合わせて示すグラフである。
【図5】標準設定の本発明実施形態におけるクランク軸回転角度45°(A)、135°(B)および90°(C)のときの各状態説明図である。
【図6】図2の実施形態に示す偏心ギアの断面図(A)および平面図(B)である。
【図7】疑似変速モード設定にした本発明実施例の装置構成図で、同図(A)は張り側駆動チェーンが最短経路となるとき、同図(B)は張り側駆動チェーンが最長経路となるときの状態図である。
【図8】疑似変速モード設定の本発明実施形態におけるクランク軸回転角度とクランク軸角速度との関係(A)および後輪駆動トルクとの関係(B)を示すグラフである。
【図9】疑似変速モード設定の本発明実施形態におけるクランク軸回転角度45°(A)および135°(B)のときの各状態説明図である。
【図10】自転車走行特性の設定変更手段として切り替えレバーを用いた実施形態を標準設定にしたときの装置構成図で、同図(A)は張り側駆動チェーンが最短経路となるとき、同図(B)は張り側駆動チェーンが最長経路となるときの状態図である。
【図11】図10の実施形態を疑似変速モード設定にしたときの装置構成図で、同図(A)は張り側駆動チェーンが最短経路となるとき、同図(B)は張り側駆動チェーンが最長経路となるときの状態図である。
【図12】自転車運転時のペダリング動作を示す説明図である。
【図13】クランク軸の回転とそれに伴う有効クランク長の変化の関係を示す図である。
【図14】従来技術に基づいてクランクチェーンギアを楕円形ギアにした場合の自転車用クランク駆動チェーン装置の理念的構成図である。
【符号の説明】
1 チェーンクランクギア
2 リアチェーンギア
3 駆動チェーン
4 偏心ギア
5 テンション装置
6 後輪ハブ
7a,7b クランクアーム
8a,8b ペダル
9 偏心ギアユニット
10 ロックピン(偏心ギアの回転軸)
11 係合穴
12 ボールベアリング
13 軸受
14 スプリング
15 切り替えレバー
16 支点
17 偏心ギアの回転軸
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bicycle crank drive chain device.
[0002]
[Prior art]
In general, a crank drive chain device for a bicycle is provided with a crankshaft and a pair of crank arms and a crankchain gear integrated with the crankshaft on a bottom bracket of the bicycle, and a rear chain gear is provided on a rear wheel hub. The drive chain is stretched between the rear chain gear and the torque generated by depressing the pedal connected to the crank arm is transmitted from the crank chain gear to the rear chain gear via the drive chain to drive the rear wheels. I try to ride a bicycle.
[0003]
As shown in FIG. 12, the pedaling operation during the bicycle operation is as follows. The knee joint B of the driver A serves as a piston of the reciprocating engine, and the shin C serves as a connecting rod. The rotating mechanism is a typical reciprocating crank rotating mechanism. For this reason, when the knee joint B, the pedal E, and the crankshaft D are positioned on a straight line (the state of FIG. 12), the top dead center is obtained, and no rotational torque is generated. Further, at a position where the crankshaft D is rotated 180 ° counterclockwise (in the figure) from the position shown in FIG. Torque is generated by the driver A depressing the pedal E while the crankshaft D rotates 180 ° from the top dead center to the bottom dead center, and this is generated from the crank chain gear F through the drive chain G to the rear chain gear. H is transmitted to drive the rear wheel I.
[0004]
Since the crank pedal depression speed is proportional to the effective crank arm length, a slow sine wave curve is drawn at the beginning (near the top dead center of the crankshaft) and at the end (near the bottom dead center). (See FIG. 13). Moreover, most ordinary people who have not received special training generate effective torque only by depressing the pedal, and the effective crank angle is about 90 ° between 45 ° and 135 ° after top dead center. Is an angle range (horizontal line region in the lower diagram of FIG. 13). In other words, if the actual length of the crank length is r, the effective crank length L at the crankshaft angle θ is L = rsinθ, so that the region where the effective crank length L is 70% or more of the crank length r is the torque generation. It is considered to be a practical area. In the step-down region outside this range, torque conversion efficiency is low and inefficient pedaling operation is forced.
[0005]
As means for solving such problems, it has been conventionally proposed to make the crank chain gear non-circular such as an ellipse (Japanese Patent Publication No. 62-43906, Japanese Patent Publication No. 62-43907, (Kaihei 9-20281, JP-A-10-291493, Utility Model Registration No. 3024134, etc.). For non-circular crank chain gears, the pitch diameter is different for each tooth, so even if the rear chain gear is a true circle, the gear ratio can be continuously changed during the pedaling cycle, so an appropriate gear ratio is set. By doing so, the torque conversion efficiency by stepping on the pedal is improved.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in spite of many proposals for adopting a non-circular crank chain gear as described above, the current situation is that it has not generally been established.
[0007]
There are several possible reasons for this, but one is the difficulty in producing non-circular gears and the associated increased manufacturing costs. Making the crank chain gear non-circular is necessary because the pitch diameter of each tooth must correspond to the pitch of the drive chain, and the pitch diameter must be set to obtain the desired gear ratio. Is difficult, and since general versatility is poor, general commercial products cannot be diverted, resulting in increased manufacturing costs.
[0008]
Also, extreme non-circularity of the crank chain gear (increasing the ellipticity (ratio of major axis / minor axis)), load is concentrated on a part of the pedaling, and the bending angle of the drive chain is increased. For this reason, there is a problem that sufficient durability cannot be ensured. Furthermore, when a load is applied in a state where the long axis of the non-circular crank chain gear is substantially horizontal, there is a problem that the drive chain slips in a region close to the horizontal and the chain is easily detached. For this reason, even if the crank chain gear is made non-circular, its ellipticity is about 1.3, which is a practical limit, but this degree of ellipticity is only a change rate of about ± 15%. The improvement effect compared with the chain gear was not obtained from the experience.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above circumstances, the present invention provides a novel mechanism capable of converting a linear pedal depression force by a driver into an optimum torque characteristic according to a traveling load state in a bicycle driving state. For the purpose.
[0010]
When the bicycle is running steadily, the rotation of the wheel by the driver and the mass of the bicycle is the reference. Therefore, the present inventor provides an eccentric intermediate idle gear that meshes with the drive chain on the tension side between the crank chain gear and the rear chain gear, thereby periodically changing the tension-side path length in synchronization with the rotation of the crankshaft. And found that a change in angular velocity occurs in the rotation of the crankshaft.
[0011]
Since two crank arms are connected to the bicycle crankshaft at an interval of 180 °, when rotating eccentrically by engaging a circular eccentric idle gear in the tight chain path, it is twice the rotational speed of the crankshaft. What is necessary is just to synchronize so that it may rotate at speed, ie, the gear with half the number of teeth of a crank chain gear should just be used. Further, the change in the chain path length due to the eccentric gear repeats the maximum and minimum every 180 °, and therefore every 90 ° on the crankshaft. Here, if the crankshaft angular speed change rate increase side by the eccentric intermediate gear is + and the decrease side is-with respect to the reference crankshaft angular speed,
Increase-side change rate (+%) = (Rp−1) × 100
Decreasing rate of change (-%) = (Rm-1) × 100
It becomes. Here, Rp is a ratio between the input side maximum effective radius and the output side minimum effective radius of the eccentric gear, and Rm is a ratio between the input side minimum effective radius and the output side maximum effective radius of the eccentric gear.
[0012]
When prototypes were made so that the rate of change was ± 15% to ± 50% according to the above formula, all of them worked without any mechanical problems, but the movement of the human leg was the angular velocity of the crankshaft. It was found that the range that can follow the change was ± 30%. It was also confirmed that the change in the angular velocity of the crankshaft due to the circular eccentric intermediate idle gear is a substantially sinusoidal curve and has sufficient characteristics to correct the depression speed of the crank pedal.
[0013]
The present invention has been completed on the basis of the above knowledge and experiment. A crankshaft, a pair of crank arms and a crank chain gear that rotate integrally with the crankshaft, and a rear wheel hub are provided. In a crank drive chain device for a bicycle having a rear chain gear that rotates coaxially and a drive chain stretched between the crank chain gear and the rear chain gear, the crankshaft By engaging an eccentric intermediate idle gear that operates at half the rotation cycle of the drive chain and meshing with the drive chain, the chain side chain path length is periodically changed, and the angular speed change is given to the running crankshaft. It is a feature.
[0014]
The eccentric intermediate idle gear is preferably configured as a circular gear having half the number of teeth of the crank chain gear.
[0015]
The bicycle crank drive chain device according to the present invention has a crankshaft rotation angle of 0 ° and 180 ° when one crank arm is positioned at the top dead center and the bottom dead center during 180 ° rotation of the crankshaft. It is possible to implement the first setting in which the tension side chain path is the shortest when the shaft rotation angle is 45 ° and the tension side chain path is the longest when the crankshaft rotation angle is 135 °.
[0016]
Similarly, when one crank arm is positioned at the top dead center and the bottom dead center during the 180 ° rotation of the crankshaft, the crankshaft rotation angle is 0 ° and 180 °, respectively. It is also possible to implement a second setting in which the tension side chain path is sometimes the shortest and the tension side chain path is the longest when the crankshaft rotation angle is 90 °.
[0017]
Furthermore, setting change means for enabling a plurality of settings including the first and second settings can be provided. The setting changing means includes a plurality of engagement holes formed concentrically in the eccentric intermediate idle gear, a lock pin that can be engaged with one of these engagement holes, and a lock pin that is one of the engagement holes. It is possible to adopt a configuration having a spring that urges the lock pin in a direction in which the lock pin is engaged, and an operation knob that releases the lock pin from being engaged with the engagement hole against the urging of the spring. . Further, as another setting changing means, the rotation shaft of the eccentric intermediate idle gear is provided so as to be movable between a plurality of positions, and a switching lever for moving the position of the rotation shaft of the eccentric intermediate idle gear is provided. It is possible.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The ideal configuration of a crank drive chain device for a bicycle according to the present invention is shown in FIG. In the figure, reference numeral 1 is a crank chain gear, 2 is a rear chain gear, 3 is a drive chain stretched between them, 4 is an eccentric intermediate idle gear that meshes with the tension side of the drive chain 3, and 5 is the present invention. A tensioning device not directly related to the subject.
[0019]
In the configuration of FIG. 1, a circular gear having a diameter of 194.6 mm is used as the crank chain gear 1, a circular eccentric gear having a diameter of 97.3 mm and an eccentric amount of 8.5 mm is used as the eccentric intermediate idle gear 4, and the eccentric intermediate idle gear 4 is The change rate of the crankshaft angular velocity, which is changed by meshing with the tension side (drive side) by approximately 90 °, is + 28% and −22% from the following calculation formula, and is approximately ± 25%.
((54.5 / 42.5) -1) × 100 = + 28 (%)
((42.5 / 54.5) -1) × 100 = −22 (%)
[0020]
For comparison, when the crank chain gear is an elliptical gear based on the prior art, the radius change rate becomes ± 23% when the ellipticity (ratio of major axis / minor axis) is 1.6 ( As described above, FIG. 14) shows that such an ellipticity greatly exceeds the practical limit and cannot be adopted in an actual product.
[0021]
FIG. 2 shows a more specific embodiment of the present invention, in which the crank chain gear 1 that rotates integrally with a crankshaft (not shown) and the rear wheel hub 6 rotate integrally. A circular eccentric intermediate idle gear 4 is meshed with the tension side of the drive chain 3 stretched between the rear chain gear 2 and the rear chain gear 2. A pair of crank arms 7a and 7b are attached to both ends of the crankshaft at intervals of 180 °, and rotate integrally with the crankshaft. Pedals 8a and 8b are connected to the ends of the crank arms 7a and 7b, respectively, so as to be rotatable.
[0022]
FIG. 2A shows the case where the center of the eccentric gear 4 is at the uppermost position of the rotary shaft 10 and the tension side path length of the drive chain 3 is the shortest. In this embodiment, one crank arm The crankshaft rotation angle when 7a (depressing the right foot with the pedal 8a) is at the top dead center is set to 0 °, and the tension side drive chain path length is set to the shortest when the crankshaft rotation angle is 45 °. (This setting is called “standard setting” in the following description). FIG. 2B shows the case where the center of the eccentric gear 4 is at the lowest position of the rotating shaft 10, the crankshaft rotation angle is 135 °, and the tension side path length of the drive chain 3 is the longest. .
[0023]
FIG. 3 is a graph showing the relationship (A) between the crankshaft rotation angle and the crankshaft angular velocity and the relationship (B) with the rear wheel drive torque in this embodiment. In FIGS. 3A and 3B, the solid line indicates the relationship in this embodiment, and the broken line indicates a case where the eccentric gear 4 is not used for reference. When an eccentric gear is not used on the tension side of the drive chain, the crankshaft rotates at a constant speed and there is no change in angular speed as shown by the broken line in FIG. The relationship is as shown by a broken line in FIG. 3B, and as described above, assuming that 70% or more of the peak torque is in the practical range, 45 (out of 180 ° pedaling angle range). Effective torque generation can be obtained in the crankshaft rotation angle range of about 90 ° from ° to 135 °.
[0024]
On the other hand, according to the embodiment of the present invention of the standard setting of FIG. 2, as shown by the solid line in FIG. 3 (A), the angular velocity is reduced within the range of 45 ° to 135 ° and 90 °. At this time, the decrease in angular velocity peaks, and accordingly, as shown by the solid line in FIG. 3B, a slightly flat torque curve is drawn as compared with the case without the eccentric gear. FIG. 4 shows the torque curves of the case without the eccentric gear shown in FIG. 3B (broken line) and the case of the embodiment of the present invention (solid line) together with their peaks, which is 70% of the peak torque. Assuming that the above is a practical range, effective torque generation can be obtained in the range of the crankshaft rotation angle of about 90 ° from 45 ° to 135 ° as described above when there is no eccentric gear. In the case of the embodiment of the present invention that draws a curve, it can be seen that effective torque generation is obtained over a wide range of about 120 ° from about 30 ° to 150 °, and the effective torque generation region is expanded.
[0025]
Now, with reference to FIG. 5 together with FIG. 2, it will be described that the torque curve as shown by the solid line in FIG. A dead point where the path length does not change at the position (crankshaft rotation angle = 135 °) in FIG. 2B (crankshaft rotation angle = 135 °) where the same path is the longest position (crankshaft rotation angle = 45 °). Therefore, the generated torque is the same as that without the eccentric gear with a constant crankshaft angular velocity (see FIG. 3B).
[0026]
More specifically, in the mechanism of the present invention in which the eccentric idle gear 4 is engaged with the tension side of the drive chain, the effective radius of the eccentric gear on the torque input side (crank chain gear 1 side) (the contact with the drive chain 3 and the eccentric gear). 4) and the eccentric gear effective radius on the torque output side (rear chain gear 2 side) determines the output torque. FIG. 2 (A) = FIG. At the dead point A), the effective radius of the eccentric gear 4 is the same on the torque input side and the torque output side (RA = RA), so that no torque change occurs. Similarly, even at the dead point in FIG. 3 (B) = FIG. 5 (B), the effective radius of the eccentric gear 4 is the same on the torque input side and the torque output side (RC = RC), so that no torque change occurs.
[0027]
On the other hand, when the crankshaft rotation angle is between 45 ° and 135 °, as shown in FIG. 5C, the eccentric gear effective radius (RS) on the torque input side and the eccentric gear on the torque output side Since the relationship with the effective radius (RL) is RL> RS, the generated torque is reduced as compared to the case without the eccentric gear (see FIG. 3B), but the rear wheel drive speed is increased. The ratio of RL / RS becomes maximum when the position shown in FIG. 5C, that is, when the crankshaft rotation angle is 90 °, in other words, when the crank arms 7a and 7b are substantially horizontal. In addition, the generated torque is relatively minimum, but the rear wheel drive speed is maximum.
[0028]
Since the embodiment of the present invention at the time of standard setting has the above-described characteristics, a relatively flat torque generation is obtained in pedaling from the top dead center to the bottom dead center, and the effective torque generation region is 45 to 135 in the conventional case. Over a wide range from about 90 ° to about 120 ° from about 30 ° to 150 °. In addition, according to this standard setting, the maximum rear wheel drive speed is obtained when the crankshaft rotation angle is 90 °, so that pedaling is felt lightly when the load is the highest in normal bicycle driving, and smooth driving A feeling is obtained.
[0029]
Details of the eccentric gear 4 shown in the embodiment of FIG. 2 are shown in FIG. The shaft 9a of the eccentric shaft unit 9 is fitted in the central opening (not indicated) of the eccentric gear 4, and the hollow shaft (not indicated) extending in parallel with the eccentric shaft 9a serves as the rotation shaft of the eccentric gear 4. The lock pin 10 is inserted in a state of being biased downward in FIG. A knob 10 a is provided at one end of the lock pin 10, and the other end of the engagement hole 11 arranged concentrically with the eccentric gear 4 at a predetermined equal angle (30 ° in this embodiment) by the spring bias. Engage with any one. A rotating shaft portion 9b of the eccentric shaft unit 9 is rotatably mounted on a bearing 13 fixed at an appropriate position of the bicycle via a ball bearing 12.
[0030]
In the above configuration, the knob 10a is pulled up against the bias of the spring 14, the lock pin 10 is pulled out from the engagement hole 11, and the eccentric gear 4 is manually rotated by a desired angle in this state, and then the knob 10a is removed. By releasing the hand, the lock pin 10 can be engaged with the engagement hole 11 different from the previous one, so that the setting relating to the correlation between the crankshaft rotation angle and the tension side drive chain path length can be arbitrarily changed. Can do.
[0031]
For example, when the crankshaft rotation angle is shifted by 45 ° from the standard setting described above and the crankshaft rotation angle is 0 ° (when the crank arm 7a is at the top dead center), the tension side drive chain path length Is the shortest and the crankshaft rotation angle is 90 ° (When the crank arm 7a is Middle position between top dead center and bottom dead center (In the following description, this setting is referred to as “pseudo transmission mode setting”), and the schematic configuration of the embodiment in this case is shown in FIG. 7 (A) (state diagram when crankshaft rotation angle is 0 °) and FIG. 7 (B) (state diagram when crankshaft rotation angle is 90 °) and the crankshaft in this embodiment A graph showing the relationship (A) between the rotation angle and the crankshaft angular velocity and the relationship (B) with the rear wheel drive torque is shown in FIG. 8A and 8B, the solid line indicates the relationship in this embodiment, and the broken line indicates a case where the eccentric gear 4 is not used for reference. Since the case where the eccentric gear is not used on the tension side of the drive chain has already been described with reference to FIGS. 3A and 3B, description thereof is omitted here.
[0032]
According to the embodiment of the present invention for setting the pseudo shift mode in FIG. 7, when the crankshaft rotation angle is in the range of 0 ° to 90 ° and the angular speed is reduced to 45 ° as shown by the solid line in FIG. In the crankshaft rotation angle range of 90 ° to 180 °, the angular velocity increases, and the angular velocity increases at 135 °, and the angular velocity increases at a peak. As a result, a solid line is shown in FIG. The torque curve will be drawn.
[0033]
Here, in the case of the embodiment of the present invention in which the pseudo transmission mode is set, it will be described that a torque curve as shown by a solid line in FIG. 8B is obtained. FIG. 7A where the tension side drive chain path is the shortest. 7 (Crankshaft rotation angle = 0 °) and the position (Crankshaft rotation angle = 90 °) in FIG. 7B where the same path is the longest, it becomes a dead point where the path length does not change. The generated torque is the same as in the case of no constant eccentric gear (see FIG. 8B).
[0034]
That is, as described above, in the mechanism of the present invention in which the eccentric idle gear 4 is engaged with the tension side of the drive chain, the effective radius of the eccentric gear on the torque input side (crank chain gear 1 side) (the contact with the drive chain 3) The ratio between the distance between the eccentric gear 4 and the rotating shaft 10) and the effective radius of the eccentric gear on the torque output side (rear chain gear 2 side) determines the output torque. FIG. 7 (A) and FIG. At each dead point of 7 (B), since the effective radius of the eccentric gear 4 is the same on the torque input side and the torque output side, no torque change occurs.
[0035]
On the other hand, when the crankshaft rotation angle is between 0 ° and 90 °, as shown in FIG. 9A, the eccentric gear effective radius (RS) on the torque input side and the eccentric gear on the torque output side Since the relationship with the effective radius (RL) is RL> RS, the generated torque is reduced as compared with the case without the eccentric gear (see FIG. 8B), but the rear wheel driving speed is increased. On the other hand, when the crankshaft rotation angle is between 90 ° and 180 °, as shown in FIG. 9B, the eccentric gear effective radius (RS) on the torque input side and the eccentric gear effective radius (RS) on the torque output side ( RL) and RL <RS, the generated torque increases as compared to the case without the eccentric gear (see FIG. 8B), and the rear wheel drive speed becomes slower.
[0036]
The embodiment of the present invention at the time of setting the pseudo shift mode has the above-described characteristics, so that it is difficult to obtain a sufficient stepping force when pedaling by a general person who has not received special training up to 90 ° from the top dead center. In the region, although the torque generation is small, the rear wheel drive speed becomes fast, so a light driving feeling can be obtained. On the other hand, the region from 90 ° to the bottom dead center where a large stepping force can be obtained, especially the maximum stepping force can be obtained. Since a very large torque can be generated around 135 °, high torque can be generated by fully depressing the pedal using the speed obtained by driving from 0 ° to 90 °. Efficient driving with reduced physical burden is sometimes possible.
[0037]
In addition, according to this running characteristic, the driver performs intensive pedaling in the crankshaft rotation angle range of 90 ° to 180 °, which is the latter half of the pedaling cycle, and light pedaling with less load in the first half of 0 ° to 90 °. Since it is sufficient to concentrate on gaining speed, it is possible to perform a sharp driving operation that is free from simple repeated operations, and to reduce fatigue during long-distance driving.
[0038]
Further, when there is no eccentric gear, the feeling of burden in traveling in the second half of the pedaling cycle of 90 ° to 180 ° is large because the angular velocity is constant and torque generation is gradually reduced (see FIGS. 3 and 8). (Dashed line) This is not only a torque characteristic but also a load to lift a foot opposite to the foot in charge of pedaling is added at this time, which increases the physical burden on the driver. According to the pseudo shift mode setting of the present invention, the torque generation during this period is increased, so there is little fatigue even with a load for lifting the opposite foot.
[0039]
In the above description, “standard setting” and “pseudo transmission mode setting” have been described as the setting of the bicycle running characteristics according to the present invention, but the relationship between the crankshaft rotation angle and the tension side drive chain path length, in other words, the crankshaft Various settings can be made by arbitrarily changing the relationship between the rotation angle and the crank arm position.
[0040]
Further, in order to change the setting of the bicycle running characteristics according to the present invention, the setting change is performed by inserting and removing the lock pin 10 using the eccentric gear 4 with a variable mechanism configured as shown in FIG. However, any configuration can be adopted as the setting change means.
[0041]
For example, the tip of the switching lever 15 as shown in FIGS. 10 and 11 is rotatably connected to the movable rotating shaft 17 of the eccentric gear 4 and the intermediate point thereof is pivotally supported by the fulcrum 16 so that the driver However, by operating the switching lever 15, the rotation shaft 17 of the eccentric gear 4 may be moved so that the positions of the crank arms 7 a and 7 b can be rotated relative to the crank shaft. . 10A and 10B show the dead point positions of 45 ° and 135 ° in the standard setting corresponding to FIGS. 2A and 2B, and the switching lever 15 is centered on the fulcrum 16 from this standard setting. As shown in FIGS. 11 (A) and 11 (B), the pseudo shift mode setting corresponding to FIGS. 7 (A) and 7 (b) can be obtained by rotating the counterclockwise direction in FIG.
[0042]
Although several embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims. I can take it. For example, a planetary gear can be used in place of the eccentric gear 4 as an intermediate eccentric idle gear for periodically changing the tension side drive chain path length.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the crankshaft, the pair of crank arms and the crank chain gear that rotate integrally with the crankshaft, and the rear that rotates coaxially with the rear wheel hub. In a bicycle crank drive chain device including a chain gear and a drive chain stretched between a crank chain gear and a rear chain gear, the cycle is half the rotation cycle of the crankshaft in the tension side path of the drive chain. By meshing with the drive chain via an operating eccentric middle idle gear, the tension side chain path length is periodically changed to change the angular speed of the running crankshaft. The driver's linear pedal depression force can be converted into an optimal torque characteristic that matches the driving load condition. It can be significantly improved click conversion efficiency.
[0044]
According to the present invention, since circular gears can be used for all gears including the eccentric intermediate idle gear, the manufacturing cost can be reduced, and the disadvantages of using non-circular gears such as elliptical gears for the crank chain gear. Can be eliminated.
[0045]
Furthermore, according to the present invention, the degree of freedom in setting the number of teeth of each gear, the eccentric amount of the eccentric intermediate idle gear, the eccentric shaft angle with the crank arm, etc. is great, and the effective crank angle is set to 30 ° to 150 after top dead center. Compared to the range of about 90 ° between 45 ° and 135 °, the effective crank angle in the case of the conventional circular crank chain gear system can be expanded to the range of about 120 ° between A significant improvement effect can be obtained.
[0046]
Further, according to the present invention, the correlation between the crankshaft rotation angle and the tension side drive chain path length or the bicycle running characteristics can be arbitrarily set, and the setting according to the load state and the driver's preference during bicycle running It can be set to perform a pseudo-shift operation without attaching a transmission gear, and by adding a simple transmission gear of about 2 to 3 steps, further running performance is improved. Can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual configuration diagram of a bicycle crank drive chain device according to the present invention.
FIG. 2 is an apparatus configuration diagram showing a more specific embodiment of the present invention as a standard setting, in which FIG. (A) shows a tension side drive chain when the tension side drive chain becomes the shortest path, and FIG. It is a state diagram when a chain becomes the longest path.
FIG. 3 is a graph showing a relationship (A) between a crankshaft rotation angle and a crankshaft angular velocity and a relationship (B) with a rear wheel drive torque in the presently set embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing torque curves of the case without the eccentric gear shown in FIG. 3B (broken line) and the case of the embodiment of the present invention (solid line) together with their peaks.
FIG. 5 is an explanatory diagram of each state at a crankshaft rotation angle of 45 ° (A), 135 ° (B), and 90 ° (C) in the presently set embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view (A) and a plan view (B) of the eccentric gear shown in the embodiment of FIG. 2. FIG.
FIG. 7 is an apparatus configuration diagram of the embodiment of the present invention in which the pseudo transmission mode is set. FIG. 7A shows the shortest path of the tension side drive chain, and FIG. 7B shows the longest path of the tension side drive chain. It is a state diagram when becoming.
FIG. 8 is a graph showing a relationship (A) between a crankshaft rotation angle and a crankshaft angular velocity and a relationship (B) with a rear wheel drive torque in the embodiment of the present invention set to a pseudo shift mode.
FIG. 9 is an explanatory diagram of each state when the crankshaft rotation angles are 45 ° (A) and 135 ° (B) in the embodiment of the present invention in which the pseudo transmission mode is set.
FIG. 10 is a device configuration diagram when the embodiment using a switching lever as a bicycle travel characteristic setting changing means is set as a standard setting, and FIG. 10 (A) shows when the tension side drive chain becomes the shortest path. (B) is a state diagram when the tension side drive chain becomes the longest path.
FIG. 11 is an apparatus configuration diagram when the embodiment of FIG. 10 is set to the pseudo transmission mode. FIG. 11A shows the tension side drive chain when the tension side drive chain becomes the shortest path, and FIG. 11B shows the tension side drive chain. It is a state diagram when becomes the longest path.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing pedaling operation during bicycle driving.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the rotation of the crankshaft and the change in the effective crank length associated therewith.
FIG. 14 is a conceptual configuration diagram of a bicycle crank drive chain device when the crank chain gear is an elliptical gear based on the prior art.
[Explanation of symbols]
1 Chain crank gear
2 Rear chain gear
3 Drive chain
4 Eccentric gear
5 Tension device
6 Rear wheel hub
7a, 7b Crank arm
8a, 8b pedal
9 Eccentric gear unit
10 Lock pin (Rotating shaft of eccentric gear)
11 Engagement hole
12 Ball bearing
13 Bearing
14 Spring
15 Switching lever
16 fulcrum
17 Rotating shaft of eccentric gear

Claims (5)

クランク軸と、該クランク軸と同軸に一体的に回転する一対のクランクアームおよびクランクチェーンギアと、後輪ハブに同軸に一体的に回転するリアチェーンギアと、クランクチェーンギアとリアチェーンギアの間に張設した駆動チェーンとを備えた自転車用クランク駆動チェーン装置において、駆動チェーンの張り側経路中に、クランク軸の回転周期の半分の周期で動作する偏心中間アイドルギアを介在させて駆動チェーンと噛み合わせることにより、張り側チェーン経路長を周期的に変化させ、走行中のクランク軸に角速度変化を与えることを特徴とする、自転車用クランク駆動チェーン装置。Between the crankshaft, a pair of crank arms and crank chain gears that rotate coaxially with the crankshaft, a rear chain gear that rotates coaxially with the rear wheel hub, and between the crank chain gear and the rear chain gear In the crank drive chain device for a bicycle provided with a drive chain stretched on the drive chain, an eccentric intermediate idle gear that operates at a half cycle of the rotation speed of the crankshaft is interposed in the drive-side tension path of the drive chain. A bicycle crank drive chain device characterized in that, by engaging, a chain side chain path length is periodically changed to change an angular speed of a running crankshaft. 偏心中間アイドルギアが、クランクチェーンギアの半分の歯数を有する円形ギアとして構成されることを特徴とする、請求項1記載の自転車用クランク駆動チェーン装置。The bicycle crank drive chain device according to claim 1, wherein the eccentric intermediate idle gear is configured as a circular gear having half the number of teeth of the crank chain gear. クランク軸の180°回転の間で一方のクランクアームが上死点および下死点に位置するときをそれぞれクランク軸回転角度0°および180°として、クランク軸回転角度45°のときに張り側チェーン経路が最短となり、クランク軸回転角度135°のときに張り側チェーン経路が最長となるような第1の設定が採用されることを特徴とする、請求項1または2記載の自転車用クランク駆動チェーン装置。When one crank arm is located at the top dead center and the bottom dead center during the 180 ° rotation of the crankshaft, the crankshaft rotation angle is 0 ° and 180 °, respectively, and the tight chain is at a crankshaft rotation angle of 45 °. The bicycle crank drive chain according to claim 1 or 2, wherein the first setting is adopted in which the path is the shortest and the tight chain path is the longest when the crankshaft rotation angle is 135 °. apparatus. クランク軸の180°回転の間で一方のクランクアームが上死点および下死点に位置するときをそれぞれクランク軸回転角度0°および180°として、クランク軸回転角度0°のときに張り側チェーン経路が最短となり、クランク軸回転角度90°のときに張り側チェーン経路が最長となるような第2の設定が採用されることを特徴とする、請求項1または2記載の自転車用クランク駆動チェーン装置。When one crank arm is located at the top dead center and the bottom dead center during the 180 ° rotation of the crankshaft, the crankshaft rotation angle is 0 ° and 180 °, respectively, and the tight chain is at the crankshaft rotation angle of 0 °. The bicycle crank drive chain according to claim 1 or 2, wherein the second setting is adopted in which the path is the shortest and the tight chain path is the longest when the crankshaft rotation angle is 90 °. apparatus. クランク軸の180°回転の間で一方のクランクアームが上死点および下死点に位置するときをそれぞれクランク軸回転角度0°および180°として、クランク軸回転角度45°のときに張り側チェーン経路が最短となり、クランク軸回転角度135°のときに張り側チェーン経路が最長となるような第1の設定と、クランク軸回転角度0°のときに張り側チェーン経路が最短となり、クランク軸回転角度90°のときに張り側チェーン経路が最長となるような第2の設定とを含む複数の設定を可能にするための設定変更手段が設けられることを特徴とする、請求項1または2記載の自転車用クランク駆動チェーン装置。When one crank arm is located at the top dead center and the bottom dead center during the 180 ° rotation of the crankshaft, the crankshaft rotation angle is 0 ° and 180 °, respectively, and the tight chain is at a crankshaft rotation angle of 45 °. The first setting that the path is the shortest and the tension side chain path is the longest when the crankshaft rotation angle is 135 °, and the tension side chain path is the shortest when the crankshaft rotation angle is 0 ° and the crankshaft rotation The setting changing means for enabling a plurality of settings including a second setting that makes the tension side chain path the longest when the angle is 90 ° is provided. Crank drive chain device for bicycles.
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