JP7011800B2

JP7011800B2 - 自転車用ギア板

Info

Publication number: JP7011800B2
Application number: JP2016154814A
Authority: JP
Inventors: 彰中谷
Original assignee: 株式会社スギノエンジニアリング
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2036-08-05
Also published as: JP2018020739A

Description

本発明は、自転車用ギア板に関する。

従来より、自転車用ギア板に関して種々な改善が試みられている。例えば、特許文献１においては、ギア板の外周に形成された歯の形状を工夫することにより、ローラチェーンのかみ合い時や離脱時の騒音の発生を抑制する技術が提案されている。

一方、ギア板としては、非真円のリング部外周に沿って歯が形成された非真円ギアが知られている。自転車では、例えばクランクアームが１回転する間において、クランクアームの基端部に対してペダルが前方に位置するときに、当該ペダルに対して最大の踏力を掛けることができると考えられる。非真円ギアの場合、ペダルが最大の踏力を掛けることができる位置にあるときに非真円ギアの長径部が上下方向に沿うように取り付けておくと、当該最大の踏力を掛ける時点において、非真円ギアの実際の歯数よりも多い歯数の真円ギアと同等の回転速度になる。即ち、非真円ギアを用いると、同じ歯数の真円ギアを用いる場合に比べて、高速走行が可能になると考えられている。また、非真円ギアの短径部に対する長径部の寸法比率を大きくすると、非真円ギアの長径部が上下方向に沿う時点において、当該非真円ギアに掛け回されるチェーンの進行速度がより速くなる。このような特性を有する非真円ギアは、競技用自転車に用いられる場合が多い。

しかしながら、ペダルに対して最大の踏力が発揮されるときのクランクアームの位置については、自転車の使用者によって個人差がある。この点について、クランクアームに対するギア板の円周方向における取付け位置を変更可能な構成にすれば、上記個人差に対応させてクランクアームとギア板との円周方向における位置調整が可能となる。しかしながら、ギア板の円周方向における取付け位置を調整可能な構成は、構造が複雑となる。また、同じ使用者であっても、コンディション等によってペダルに対する最大の踏力が生じる位置にバラつきが生じることもある。したがって、ギア板の円周方向における取付け位置を調整可能な構成を採用しても、上記のような同じ使用者における踏力のバラつき等に対応することが困難であった。

特開２００５－９５１６号公報

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、ペダルに対して最大の踏力を掛ける位置にバラつきが生じても、当該バラつきに対応するのに適した自転車用ギア板を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明によって提供される自転車用ギア板は、リング部と、当該リング部の外周において各々が歯間部を挟んで周方向に等ピッチで配列され、チェーンへの駆動力伝達時にローラが接触する圧力伝達側面、および歯先部を挟んで上記周方向において上記圧力伝達側面の反対側に位置する非圧力伝達側面を各々が有する、複数の歯と、を備えた自転車用ギア板であって、上記複数の歯は、上記リング部の厚さ方向視における軸線を中心として上記周方向に連続する上記歯のピッチ径が相対的に大きい長径領域と、上記リング部の上記軸線を中心として上記周方向に連続する上記歯のピッチ径が相対的に小さい小径領域と、を含み、上記複数の歯は、上記チェーンへの駆動力伝達時、上記圧力伝達側面における、上記ローラの中心がピッチ径上にある場合に予定される圧力点における圧力角が、２５～３５°に設定された圧力角最大領域を含み、上記圧力角最大領域は、少なくとも上記長径領域に設けられていることを特徴としている。

好ましい実施の形態においては、上記長径領域は、上記リング部の外周のうち、上記軸線を中心として上記周方向において反対側に位置する２箇所に設けられる。

好ましい実施の形態においては、上記長径領域においては、上記周方向に連続する上記歯のピッチ径が楕円状をなす。

好ましい実施の形態においては、上記圧力角最大領域における上記圧力角が、２８～３２°に設定されている。

好ましい実施の形態においては、上記長径領域における上記各歯の上記圧力伝達側面は、当該歯の高さ方向について、上記圧力点付近において、上記ローラの外周曲率より小の曲率をもって凹に湾曲させられている。

好ましい実施の形態においては、上記各歯における歯底部は、上記ローラの外周曲率より大の曲率をもって凹に湾曲させられている。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係る自転車用ギア板を備えて構成された自転車用ギアクランクの一例を示す正面図である。図１に示す自転車用ギアクランクの背面図である。図１に示す自転車用ギアクランクの側面図である。自転車用ギア板を示す図である。自転車用ギア板にチェーンが掛け回された状態を模式的に示す要部拡大図である。自転車用ギア板にチェーンが掛け回された状態（駆動力伝達時）を模式的に示す要部拡大図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１～図３は、本発明に係る自転車用ギア板を備えて構成された自転車用ギアクランクの一例を示している。本実施形態の自転車用ギアクランクＡ１は、クランクアーム１と、ギア板としてのアウタギア２およびインナギア３とを備えて構成されている。

図１、図２に表れているように、クランクアーム１は、基端部にクランク軸（図示略）を取り付けるためのボス部１１を有しており、先端部にペダル（図示略）のネジ軸を取り付けるためのネジ穴１２を有している。また、本実施形態において、クランクアーム１は、放射状に延びる複数（本実施形態では５つ）のステー部１３を有し、これらステー部１３にアウタギア２およびインナギア３が取付けられる。

アウタギア２は、例えば、所定板厚の板材料からプレス加工ないし切削加工により形成されたものであり、歯数がインナギア３よりも多い大径ギアである。本実施形態では、アウタギア２は、真円ギアからなる。アウタギア２は、複数（本実施形態では５つ）の内向き延出部２１を有し、これら内向き延出部２１がステー部１３と重合された状態でボルト締結によりステー部１３（クランクアーム１）に固定される。

本実施形態において、インナギア３は、本発明でいう自転車用ギア板を適用した構成の一例である。インナギア３は、例えば、所定板厚の板材料からプレス加工ないし切削加工により形成されものであり、歯数がアウタギア２よりも少ない小径ギアである。インナギア３は、複数（本実施形態では５つ）の内向き延出部３４を有し、これら内向き延出部３４がステー部１３と重合された状態でボルト締結によりステー部１３（クランクアーム１）に固定される。より具体的には、インナギア３は、環状のリング部３１と、当該リング部３１の外周において形成された複数の歯３２とを有する。複数の歯３２は、各々が歯間部３３を挟んでリング部３１の周方向に等ピッチで形成されている。インナギア３における歯３２の数は、例えば３８程度である。

図４に示すように、本実施形態において、リング部３１は、概略楕円状である。複数の歯３２は、各々が歯間部３３を挟んでリング部３１の周方向に等ピッチで形成されている。

複数の歯３２は、長径領域３２Ａおよび小径領域３２Ｂを含む。長径領域３２Ａは、リング部３１の厚さ方向視における軸線Ｏ１を中心として周方向に連続する歯３２のピッチ径ＰＤが相対的に大きい領域である。図４において、ピッチ径ＰＤの最大寸法をＰＤ１で表す。小径領域３２Ｂは、上記軸線Ｏ１を中心として周方向に連続する歯３２のピッチ径ＰＤが相対的に小さい領域である。図４において、ピッチ径ＰＤの最小寸法をＰＤ２で表す。

図４に示すように、長径領域３２Ａは、リング部３１の外周のうち、上記軸線Ｏ１を中心として周方向において反対側に位置する２箇所に設けられる。本実施形態では、長径領域３２Ａにおいては、周方向に連続する歯３２のピッチ径ＰＤが楕円状をなす。また、複数の歯３２すべてのピッチ径ＰＤが楕円状をなしている。

自転車用ギアクランクＡ１がクランク軸（図示略）に取付けられた状態において、アウタギア２の中心およびインナギア３の中心は上記クランク軸と対応している。駆動力伝達時、アウタギア２およびインナギア３は、図１の時計周り方向（矢印Ｐ方向）、図２の反時計回り方向（矢印Ｐ方向）に回転する。自転車用ギアクランクＡ１（アウタギア２もしくはインナギア３）には、図示しない後ギアを離れて走行してきたチェーン４（図５参照）がアウタギア２もしくはインナギア３の上部において掛かってゆき、アウタギア２もしくはインナギア３の半周分に掛け回された後、アウタギア２もしくはインナギア３の下部から後ギアに向けて離脱する。すなわち、アウタギア２およびインナギア３は、チェーン４を牽引してこれに駆動力を伝達する、駆動側の前ギアとして機能する。

図５は、インナギア３にチェーン４が掛け回されている状態を模式的に示している。図５においては、インナギア３が回転せずに止まった状態を示す。インナギア３における歯３２および歯間部３３のピッチは、チェーン４のピッチ、即ち、ローラ４１間ピッチと対応させられている。

各歯３２は、圧力伝達側面３２１および非圧力伝達側面３２２を有する。圧力伝達側面３２１は、チェーン４への駆動力伝達時にローラ４１が接触する部分である。非圧力伝達側面３２２は、歯先部を挟んでリング部３１の周方向において圧力伝達側面３２１の反対側に位置する。

駆動力伝達時においては、上記のように後ギアを離れて走行してきたチェーン４は、そのローラ４１が歯間部３３に嵌まり込むようにして、このインナギア３に掛かっていく。上記したように、インナギア３は、駆動側の前ギアとして機能するので、その回転方向（矢印Ｐ方向）前方側の歯側面が圧力伝達側面３２１としてローラ４１に接触してこのローラ４１を押し、チェーン４に駆動力を伝達する。各ローラ４１の中心がインナギア３のピッチ径ＰＤと対応している場合において、上記圧力伝達側面３２１がローラ４１に接触してこれを押す点を、圧力点ｐ１という。

インナギア３に形成された歯３２および歯間部３３は、前後方向について対称形とはなっていない。上記圧力伝達側面３２１における圧力点ｐ１での圧力角αは、２５～３５°、より好ましくは２８～３２°とされており、一般的な自転車用ギアにおける圧力角（２０°以下）に比較して、大幅に大きくしてある。図に示す実施形態では、この圧力角αは、３０°に設定してある。圧力角αが２５～３５°と大きくされた複数の歯３２は、本発明でいう圧力角最大領域である。少なくとも長径領域３２Ａに対応する複数の歯３２については、圧力角αが２５～３５°（好ましくは２８～３２°）とされている。本実施形態においては、すべての歯３２の圧力角αが２５～３５°（好ましくは２８～３２°）とされている。

各歯３２における圧力点ｐ１付近において、圧力伝達側面３２１は、ローラ４１の外周の曲率より小の曲率をもってゆるやかに凹に湾曲させられている。したがって、ローラ４１が圧力点ｐ１より歯高さ方向下方にずれ動いた場合の見かけの圧力角は、圧力点ｐ１における圧力角αよりもさらに大きくなる一方、ローラ４１が圧力点ｐ１より歯高さ方向上方にずれ動いた場合の見かけの圧力角は、圧力点ｐ１における圧力角αよりも次第に小さくなる。

各歯３２における歯底部の位置は、一般的な自転車用ギアの場合よりも低く、かつ、歯底部付近の曲率は、ローラ４１の外周の曲率よりも大きくしてある。したがって、ローラ４１は、決して上記歯底部に当接することはない。また、各歯３２の高さ、とりわけ、ピッチ径ＰＤより上の寸法は、一般的な自転車用ギアのそれよりも大きくしてある。

駆動力伝達時においては、ペダルに踏力が掛けられることでインナギア３が矢印Ｐ方向に回転し、チェーン４に駆動力を伝達する。ここで、上述したように、少なくとも長径領域３２Ａに対応する複数の歯３２については圧力点ｐ１での圧力角が３０°と比較的大きいため、圧力伝達側面３２１からローラ４１に伝達するべき荷重が増大すると、図６に示すように、圧力伝達側面３２１の斜面効果によってローラ４１が上記圧力点ｐ１よりも歯高さ方向上方にずれる。すなわち、駆動力伝達時において、長径領域３２Ａに対応する位置にあるローラ４１は、ピッチ径ＰＤよりも径方向外方に変位する。なお、図６において、チェーン４は矢印Ｑ方向に走行しており、インナギア３の上部位置においてチェーン４が長径領域３２Ａの歯３２に掛かっていく状況を示している。

本実施形態によれば、駆動力伝達時において、ペダルに対して大きな踏力が掛かる長径領域３２Ａについては、チェーン４のローラ４１が上述のように径方向外方にシフトする。これにより、駆動力伝達時において、インナギア３に掛けられたチェーン４については、張力が最大に作用するときに長径領域３２Ａに掛けられた範囲のピッチ径が最大になるので、ペダルへの踏力による駆動力が、より高い効率でチェーン４に伝達される。したがって、ペダルに対する最大の踏力が生じる位置にバラつきが生じても、高効率な駆動力伝達が達成される。

本実施形態において、歯３２における圧力伝達側面３２１は、ローラ４１の外周の曲率より小の曲率をもってゆるやかに凹に湾曲させられている。したがって、駆動力伝達時において、ローラ４１が圧力伝達側面３２１を歯高さ方向上方へスムーズにずれ動くことが可能となる。

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。本発明に係る自転車用ギア板の各部の具体的な形状なども、上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、２枚の前ギアを具備する自転車用ギアクランクＡ１におけるインナギア３に本発明を適用したが、アウタギアおよびインナギアの両方、あるいはアウタギアのみに本発明を適用してもよい。また、１枚のみの前ギアを具備する構成において、当該前ギアに本発明を適用してもよい。

上記実施形態では、長径領域３２Ａにおいて連続する歯３２のピッチ径が楕円状をなしていたが、これに限定されない。例えば、長径領域３２Ａにおける歯３２のピッチ径が真円の円弧状とされるとともに、長径領域３２Ａに隣接する小径領域３２Ｂにおける歯３２のピッチ径が楕円状とされていてもよい。

Ａ１自転車用ギアクランク
Ｏ１軸線
ＰＤピッチ径
ｐ１圧力点
α 圧力角
１クランクアーム
１１ボス部
１２ネジ穴
１３ステー部
２アウタギア
２１内向き延出部
３インナギア
３１リング部
３２歯
３２Ａ長径領域
３２Ｂ小径領域
３２１圧力伝達側面
３２２非圧力伝達側面
３３歯間部
３４内向き延出部
４チェーン
４１ローラ

Claims

リング部と、当該リング部の外周において各々が歯間部を挟んで周方向に等ピッチで配列され、チェーンへの駆動力伝達時にローラが接触する圧力伝達側面、および歯先部を挟んで上記周方向において上記圧力伝達側面の反対側に位置する非圧力伝達側面を各々が有する、複数の歯と、を備えた自転車用ギア板であり、当該自転車用ギア板よりも多い複数の歯をもつアウタギアと組み合わせて自転車用ギアクランクにおけるインナギアとして使用される自転車用ギア板において、
上記複数の歯は、上記リング部の厚さ方向視における軸線を中心として上記周方向に連続する上記歯のピッチ径が相対的に大きい長径領域と、上記リング部の上記軸線を中心として上記周方向に連続する上記歯のピッチ径が相対的に小さい小径領域と、を含むとともに、上記長径領域は、ペダルに対して大きな踏力が掛かるときにチェーンが掛け回る上位位置となるように設定され、
上記複数の歯は、上記チェーンへの駆動力伝達時、上記圧力伝達側面における、上記ローラの中心がピッチ径上にある場合に予定される圧力点における圧力角が、２５～３５°に設定された圧力角最大領域を含み、
上記圧力角最大領域は、少なくとも上記長径領域に設けられており、
上記長径領域における上記各歯の上記圧力伝達側面は、当該歯の高さ方向について、上記圧力点付近において、上記ローラの外周曲率より小の曲率をもって凹に湾曲させられているとともに、上記各歯における歯底部は、上記ローラの外周曲率より大の曲率をもって凹に湾曲させられている、自転車用ギア板。
上記長径領域は、上記リング部の外周のうち、上記軸線を中心として上記周方向において反対側に位置する２箇所に設けられる、請求項１に記載の自転車用ギア板。
上記長径領域においては、上記周方向に連続する上記歯のピッチ径が楕円状をなす、請求項１または２に記載の自転車用ギア板。
上記圧力角最大領域における上記圧力角が、２８～３２°に設定されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の自転車用ギア板。