JP7461436B2 - 自転車のクランクセットの歯付きクラウン - Google Patents

Description

本発明は、自転車のクランクセットの歯付きクラウン、および当該歯付きクラウンを備える、自転車のクランクセットに関する。

既知のとおり、運転者によりペダル動作で供給されたトルクを自転車のボトムブラケットから後輪へと伝達させるために自転車は、そのボトムブラケットのシャフトに取り付けられたクランクセット、および自転車の後輪のハブに取り付けられたスプロケットアセンブリを装備している。上記クランクセットは、自転車の右クランクアームにカップリングされた歯付きクラウンを含み、当該歯付きクラウンには、上記スプロケットアセンブリのスプロケットにも係合した自転車のチェーンが係合されるように意図されている。
自転車、特には競走用自転車の分野では、部品の構造強度を損なうことなく当該部品を出来る限り軽量にすることが所望される。このような要望は、上記クランクセットの歯付きクラウンの設計においても考慮される。

本明細書において及び添付の特許請求の範囲において「軸方向内」および「軸方向外」という用語は、歯付きクラウンの回転軸心（当該回転軸心は、自転車のボトムブラケットのシャフトの回転軸心と一致する）と平行な方向であって、自転車のフレーム側に向かう方向、自転車のフレームとは反対側に向かう方向をそれぞれ指すものとする。つまり、歯付きクラウンの軸方向内側表面とは自転車のフレーム側に面する表面であり、歯付きクラウンの軸方向外側表面とは右クランクアーム側に面する表面である。

本明細書において及び添付の特許請求の範囲において「軽量化凹所」（lightening recess）という表現は、歯付きクラウンのうちの一部位であって、当該歯付きクラウンでの
隣接する部位から軸方向厚さが大幅に減少していることによって特徴付けられる部位を指すのに用いられる。他方で「厚肉部」(thickened portions)という表現は、歯付きクラウンのうちの一部位であって、当該歯付きクラウンでの隣接する部位から軸方向厚さが大幅に増加していることによって特徴付けられる部位を指すのに用いられる。

特許文献１には、参照符号１０が付された歯付きクラウンが開示されている。当該歯付きクラウンは、本明細書に添付した図１にも描かれている。歯付きクラウン１０は、軸方向内側表面１２及び軸方向外側表面１４を有する環状体１１を備えている。環状体１１の径方向外側位置には、複数の歯が存在しており、環状体１１の径方向内側位置には、右クランクアームとカップリングするための複数のカップリング部１６が存在している。

そのような複数の歯は、同一の形状及び寸法を有する第１のグループの歯、ならびに同一の形状及び寸法を有するが上記第１のグループの歯の形状及び寸法とは異なる形状及び寸法である第２のグループの歯を含み、当該第２のグループの各歯は、上記第１のグループのうちの連続する２つの歯間に介在している。
環状体１１はそれぞれのカップリング部１６の箇所にて、当該環状体１１の軸方向内側表面１２ではそれぞれの軽量化凹所２０を、当該環状体１１の軸方向外側表面１４ではそれぞれの厚肉部２２を有している。
厚肉部２２が、環状体１１における最大の軸方向厚さを形成している。

歯付きクラウン１０の重量をさらに減少させるために、当該歯付きクラウン１０の２つの両側表面のうちの一方の表面では、前述した２つのグループのうちの一方のグループの歯における径方向最内側領域に、アンダーカット部２１が設けられている。図１では、当
該歯の軸方向内側表面において、アンダーカット部２１が存在している。

米国特許第９０６２７５８号明細書

本出願人は、図１の歯付きクラウン１０が、当該歯付きクラウン１０のうちの右クランクアームにより伝達されるトルクによって最も応力を受ける領域にちょうど、前述した厚肉部２２を有していることに気付いた。このような厚肉部２２が設けられていると重量の大幅な悪化を招き、これは軽量化凹所２０を設けても部分的にしか補償されず、アンダーカット部２１を設けてもさらに小程度にしか補償されない。

本出願人は、歯付きクラウンの、特には競走用自転車の歯付きクラウンの設計が、当該歯付きクラウンの軽量性の要件やペダル動作時に右クランクアームによって付加される応力に対する当該歯付きクラウンの構造耐力の要件だけでなく、チェーンによって付加される応力に対する当該歯付きクラウンの歯の構造耐力も十分に考慮して行われるのが適切であることを見出した。

これに関連して、本出願人は、運転者により右クランクアームに付加される荷重のうちの、歯付きクラウンの回転にとって有用な成分（以降では、「右クランクアームに加えられる力のうちの有用成分」）がペダル動作中に最大となった状態のときにその歯付きクラウンが生じる軸方向変形を解析することにし、例えば上り坂の立ちこぎ、上り坂の座りこぎ、停止状態からの始動等のような特定の参照動作条件（「停止状態からの始動」は毎回発生する状態である）では、右クランクアームのステム部の長手軸が垂直となって上方に延びているときの基準位置に対して当該右クランクアームが所定の回転角度に到達したときに、当該右クランクアームに加えられる力のうちのそのような有用成分が最大となることを見出した。

つまり、本出願人は、歯付きクラウンのうちの、右クランクアームが上記の所定の回転角度に配置されたときにチェーンによって最も応力を受ける部位での、当該歯付きクラウンの変形に特に注目した。そのような部位の一つは、自転車のチェーンとの上記歯付きクラウンの係合が始まる部位である。

本出願人は、例えば「停止状態からの始動」という動作状態では、歯付きクラウンのうちの、右クランクアームに加えられる力のうちの有用成分が最大となったときにチェーンによって最も応力を受ける角度方向部位が、当該歯付きクラウンの軸方向外側表面上においてその右クランクアームに対して当該右クランクアームの長手軸から反時計回りに約１００°～約１６０°、より好ましくは約１０７°～約１５９°の所定の角度で、角度方向に傾いた２つの平面間に形成されている角度方向部位であることを特定した。

本出願人は、歯付きクラウンの上記環状体へと軽量化凹所を、当該歯付きクラウンのうちの、右クランクアームに付加される応力が最大となった上記の状態のときにチェーンによって最も応力を受ける前述した部位にも形成するということが、これが原因となって右クランクアームにより付加される応力及びチェーンによって付加される応力に対する当該歯付きクラウンの構造耐力を損なうことなく可能となることを見出した。これにより、所望の構造強度を維持しながら歯付きクラウンの重量を減少させることが可能となる。

歯付きクラウンのうちの上記のような部位に軽量化凹所を設けるという構成は、特許文
献１ではそのような部位に厚肉領域を設けることが記載されていることから、特許文献１に照らして自明ではない。

したがって、本発明の第１の態様において、本発明は、自転車のクランクセットの歯付きクラウンであって、
回転軸心周りに延在する環状体と、
前記環状体からそれぞれの径方向外方に沿って延びる複数の歯と、
前記複数の歯とは反対側で前記環状体から延びる、自転車の右クランクアームとカップリングするための複数のカップリング部と、
を備え、前記環状体が、
－軸方向内側表面、
－軸方向外側表面、および
－前記回転軸心が位置する基準平面であって、前記右クランクアームが前記環状体へと前記複数のカップリング部で且つ前記軸方向外側表面でカップリングされたときに当該右クランクアームの長手軸が位置するように意図されている基準平面、
を有し、前記環状体は、互いに平行かつ前記基準平面と直交する２つの主平面間の距離に等しい最大の軸方向厚さを有しており、当該最大の軸方向厚さが、前記環状体のうちの少なくとも１つの第１の角度方向部位に形成されている、歯付きクラウンにおいて、
前記環状体のうちの前記少なくとも１つの第１の角度方向部位が、前記軸方向外側表面に形成された第１の軽量化凹所を有しており、
前記少なくとも１つの第１の角度方向部位が、前記回転軸心を貫通し且つ前記基準平面に対して前記軸方向外側表面上において当該基準平面から角度方向に約２１°～約２７°の極値を含む範囲内の第１の角度で、約６７°～約７３°の極値を含む範囲内の第２の角度で、それぞれ傾いた２つの境界平面（delimiting planes）間で周方向に延在している
（該第１及び第２の角度は、基準平面Ｒから時計方向に角度的に動く、歯付クラウン１００の軸方向外側表面上で測定した）ことを特徴とする、歯付きクラウンに関する。

本出願人は驚くべきことに、前記環状体のうちのそのような角度方向部位に軽量化凹所を設けることが、前記歯付きクラウンの構造強度を損なわないことを見出した。むしろ、これにより、重量の大幅な減少を達成することができる。本出願人は、前記歯付きクラウンのうちの大きな応力を受ける領域において当該歯付きクラウンを軽量化できることを考慮すると、当該歯付きクラウンのうちのそれよりも応力が大きくならない他の領域においても軽量化することが可能であり、これによって重量のさらなる減少を達成できると判断した。

好ましくは、前記少なくとも１つの第１の角度方向部位が、前記歯付きクラウンの構造強度を損なわないように前記軸方向内側表面には軽量化凹所を有していない。

本発明にかかる歯付きクラウンの好ましい実施形態では、前記環状体のうちの第２の角度方向部位が、前記軸方向外側表面に形成された第２の軽量化凹所を有している。好ましくは、当該第２の角度方向部位が、前記回転軸心を基準として前記少なくとも１つの第１の角度方向部位とは直径方向の反対側にある。

つまり、前記第２の角度方向部位は、前記第１の角度方向部位から１８０°で実質的にオフセットしている。自転車のチェーンは前記歯付きクラウンへと約１８０°の角度方向範囲にわたって係合することから、前記第２の軽量化凹所は前記環状体の前記軸方向外側表面において、前記歯付きクラウンのうちのペダル動作時に前記チェーンによって最も応力を受ける別の角度方向部位（当該別の角度方向部位は、応力が最大となる前述した位置に前記右クランクアームがあるときに、自転車のチェーンとの前記歯付きクラウンの係合
が終わる角度方向部位である）に形成されていることになる。

好ましくは、前記第２の角度方向部位が、前記歯付きクラウンの構造強度を損なわないように前記軸方向内側表面には軽量化凹所を有していない。

好ましくは、本発明にかかる歯付きクラウンの歯の数は、２８～４４の極値を含む範囲内である。
本発明の好ましい実施形態では、前記歯付きクラウンの歯の数が例えば３２または３４である。

好ましくは、１番目の歯が、前記基準平面に実質的にまたがって（astride）（又は前
記基準平面の近傍に）配置されており、前記軸方向外側表面上において前記１番目の歯から周方向に反時計回りで数えて１３番目の歯及び２９番目の歯が、前記２つの境界平面間に配置されている。

本発明にかかる歯付きクラウンの好ましい実施形態では、前記複数のカップリング部が、前記基準平面を基準として両側に対称的に配置された２対のカップリング部を含む。
好ましくは、前記カップリング部のそれぞれが、前記環状体からそれぞれの径方向内方に沿って延びている。

好ましくは、前記２対のカップリング部のうちの第１の対のカップリング部における第１のカップリング部が、前記少なくとも１つの第１の角度方向部位に配置されている。
より好ましくは、前記２対のカップリング部のうちの第２の対のカップリング部における第１のカップリング部が、前記第２の角度方向部位に配置されている。

なおいっそう好ましくは、前記環状体は、前記２対のカップリング部のうちの前記第１の対のカップリング部における第２のカップリング部の箇所と前記２対のカップリング部のうちの前記第２の対のカップリング部における第２のカップリング部の箇所とにそれぞれ、前記軸方向外側面に形成された第３、第４の軽量化凹所を有している。

つまり、本発明にかかる歯付きクラウンのこの実施形態では、このようにしてそれぞれのカップリング部が、前記軸方向外側表面に形成されたそれぞれの軽量化凹所を具備している。

好ましくは、前記環状体は、前記２対のカップリング部のうちの前記第１の対のカップリング部における第２のカップリング部の箇所と前記２対のカップリング部のうちの前記第２の対のカップリング部における第２のカップリング部の箇所とにそれぞれ、前記軸方向内側表面に形成された第５、第６の軽量化凹所を有している。有利なことに、これらの軽量化凹所はフレームに面することになり、外からみた前記歯付きクラウンの美的外観が変わらない。

好ましくは、前記第５および第６の軽量化凹所のそれぞれが、それぞれの前記カップリング部の径方向外側位置に配置された第１の凹部、および当該第１の凹部から前記２対のカップリング部のうちの各対のカップリング部における前記第１のカップリング部に向かって延びる第２の凹部を含む。

より好ましくは、前記第２の凹部の径方向広がりは、前記第１の凹部の径方向広がりよりも短い。
なおいっそう好ましくは、前記第２の凹部の軸方向深さは、前記第１の凹部の軸方向深さよりも小さい。

本発明にかかる歯付きクラウンの好ましい実施形態では、前記環状体が、前記軸方向外側表面に形成された複数のへこみ部を有している。
有利なことに、これらのへこみ部は、前記歯付きクラウンの前記軸方向外側表面に美的特徴を付与するようにも形成されている。

好ましくは、前記へこみ部のそれぞれが、それぞれの周方向に連続する２つのカップリング部（consecutive coupling portions）間に配置されている。
より好ましくは、前記へこみ部のそれぞれが、前記周方向に連続する２つのカップリング部から角度方向に等距離のところにある径方向平面を基準として非対称に延在している。

本発明の第２の態様において本発明は、右クランクアームと、前記右クランクアームとカップリングされた歯付きクラウンと、を備え、前記歯付きクラウンが、本発明の第１の態様に従って製作されたものである、自転車のクランクセットに関する。
有利なことに、自転車のこのようなクランクセットは、本発明の第１の態様に関して既述した全ての利点を実現することができる。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照しながら以下で行う、本発明を限定するものではない、あくまでも例示に過ぎない本発明の好適な実施形態についての、以下の説明から明らかになる。

自転車のクランクセットの、従来技術における歯付きクラウンを示す概略背面斜視図である。 自転車のクランクセットの、本発明の第１の好適な実施形態における歯付きクラウンを示す概略正面図である。 図２の歯付きクラウンの概略背面斜視図である。 図２の歯付きクラウンの、図２の平面線ＩＶ－ＩＶに沿った直径方向概略断面図である。 図２の歯付きクラウンの、図２の平面線Ｖ－Ｖに沿った他の直径方向概略断面図である。 図２の歯付きクラウンを備える、本発明にかかる自転車のクランクセットを示す概略背面図である。 図６のクランクセットに左クランクアームがカップリングしたものを、ペダル動作時に取るある動作位置で示した概略正面図である。 図６のクランクセットに左クランクアームがカップリングしたものを、ペダル動作時に取る異なる動作位置で示した概略正面図である。 様々な参照動作条件(reference operating conditions)において運転者により右クランクアームに付加される荷重のうちの、歯付きクラウンの回転にとって有用な成分（すなわち、右クランクアームに加えられる力のうちの有用成分）についての、右クランクアームの回転角度に対する直交座標グラフ（Cartesian graph）である。 「停止状態からの始動」という特定の動作条件における図８の有用成分についての、右クランクアームの回転角度に対する極座標グラフである（同図には、図２の歯付きクラウンの概略背面図も描かれている）。 自転車のクランクセットの、本発明の第２の好適な実施形態における歯付きクラウンを示す概略背面図である。

初めに図２～図６、図７ａ及び図７ｂを参照する。参照符号１００は、自転車のクラン
クセットの、本発明にかかる歯付きクラウンの第１の好適な実施形態の全体を指す。自転車のそのようなクランクセット（図６）の全体には、参照符号１１０が付されている。
本発明を限定しない図２～図６、図７ａ及び図７ｂの例の歯付きクラウン１００は、回転軸心Ｏ周りに延在する環状体１０１を備える。
歯付きクラウン１００は、さらに、環状体１０１の径方向外側位置に配置された複数の歯１１１を備える（上記の図の例では、歯１１１の数は３２である）。具体的に述べると、歯１１１は、環状体１０１からそれぞれの径方向外方に延びている。

歯付きクラウン１００は、さらに、右クランクアーム３０（図６）とカップリングするための４つのカップリング部１６０ａ’，１６０ａ’’，１６０ｂ’，１６０ｂ’’を備える。これらのカップリング部１６０ａ’，１６０ａ’’，１６０ｂ’，１６０ｂ’’は、前記複数の歯１１１とは反対側で環状体１０１から延びており、すなわち、環状体１０１から径方向内方に延びている。本発明を限定しない図示の例では、カップリング部１６０ａ’，１６０ａ’’，１６０ｂ’，１６０ｂ’’が、環状体１０１から回転軸心Ｏに向かって径方向に延びている。

図６を参照する。右クランクアーム３０は、長手軸Ｐに沿って延びるステム部３２を有している。ステム部３２には、右クランクアーム３０を自転車のボトムブラケットのシャフトにカップリングするための孔３２ａが形成されている。
右クランクアーム３０の前記孔３２ａからは、歯付きクラウン１００のカップリング部１６０ａ’，１６０ａ’’，１６０ｂ’，１６０ｂ’’とカップリングするための４つのカップリングエレメント３４が径方向外方に延びている。

歯付きクラウン１００の環状体１０１は、軸方向内側表面１２０および軸方向外側表面１４０を有している。
右クランクアーム３０は、環状体１０１の軸方向外側表面１４０に対して（前記４つのカップリング部１６０ａ’，１６０ａ’’，１６０ｂ’，１６０ｂ’’で）カップリングするように意図されている。

環状体１０１には、回転軸心Ｏが位置する基準平面Ｒが規定される。
右クランクアーム３０が歯付きクラウン１００にカップリングされると、この右クランクアーム３０の長手軸Ｐもその基準平面Ｒに位置するようになる。

基準平面Ｒを基準として一方の側には一対の第１のカップリング部１６０ａ’，１６０ｂ’が配置されており、基準平面Ｒを基準として反対側には一対の第２のカップリング部１６０ａ’’，１６０ｂ’’が、前記一対の第１のカップリング部１６０ａ’，１６０ｂ’に対して対称的に配置されている。
第２のカップリング部１６０ａ’’，１６０ｂ’’は、回転軸心Ｏを基準として第１のカップリング部１６０ａ’，１６０ｂ’とは直径方向の反対側にある。

図４及び図５を参照する。環状体１０１は、互いに平行かついずれも基準平面Ｒと（したがって、回転軸心Ｏと）直交する２つの主平面間の距離に等しい最大の軸方向厚さを有している。
環状体１０１の前記最大の軸方向厚さは、環状体１０１のうちの第１の角度方向部位１４１に形成されており、好ましくは、環状体１０１のうちの第２の角度方向部位１４２にも形成されている。第２の角度方向部位１４２は、回転軸心Ｏを基準として第１の角度方向部位１４１とは直径方向の反対側にあり、つまり、第１の角度方向部位１４１から１８０°実質的にオフセットしている。

環状体１０１のうちの第１の角度方向部位１４１及び第２の角度方向部位１４２はそれ
ぞれ、第１の軽量化凹所１８１、第２の軽量化凹所１８２を有している。第１の軽量化凹所１８１及び第２の軽量化凹所１８２は、いずれも軸方向外側表面１４０に形成されており、かつ、好ましくは互いに同一である。
ただし、環状体１０１の第１の角度方向部位１４１及び第２の角度方向部位１４２は、軸方向内側表面１２０には軽量化凹所を有していない。

第１の角度方向部位１４１および第２の角度方向部位１４２は、回転軸心Ｏを貫通し且つ基準平面Ｒに対して約２１°～約２７°の極値を含む範囲内の第１の角度で、約６７°～約７３°の極値を含む範囲内の第２の角度で、それぞれ傾いた２つの境界平面Ｋ，Ｌ間で周方向に延在している。

これらの第１の角度及び第２の角度は、軸方向外側表面１４０上において基準平面Ｒから角度方向に時計回りで測定された角度である（図２）。
例えば、図２～図６、図７ａ及び図７に示す実施形態では、前記第１の角度が約２５°に等しいものとされ得て、かつ、前記第２の角度が約７０°に等しい角度とされ得る。
つまり、２つの境界平面Ｋ，Ｌは、当該２つの境界平面Ｋ，Ｌ間に、約４０°～約５２°の極値を含む範囲内の角度αを形成している。
第１の角度方向部位１４１はカップリング部１６０ａ’の箇所に配置されており、第２の角度方向部位１４２はカップリング部１６０ａ’’の箇所に配置されている。

図２～図６、図７ａ及び図７ｂの例では、歯付きクラウン１００のうちの１番目の歯１５０が基準平面Ｒに実質的にまたがって配置されており、軸方向外側表面１４０上において１番目の歯１５０から周方向に反時計回りで数えて１３番目の歯１５２及び２９番目の歯１５４が、前記２つの境界平面Ｋ，Ｌ間においてそれぞれ、前述した第１の角度方向部位１４１内、前述した第２の角度方向部位１４２内に配置されている。

環状体１０１は、カップリング部１６０ｂ’ の箇所とカップリング部１６０ｂ’’の
箇所とにそれぞれ、第３の軽量化凹所１８３、第４の軽量化凹所１８４を有している。第３の軽量化凹所１８３及び第４の軽量化凹所１８４は、いずれも軸方向外側表面１４０に形成されており、かつ、好ましくは互いに同一である。
好ましくは、これらの軽量化凹所１８３，１８４は、軽量化凹所１８１，１８２と実質的に同一である。

環状体１０１の軸方向内側表面１２０には、第５の軽量化凹所１６１が、カップリング部１６０ｂ’の箇所および環状体１０１のうちの当該カップリング部１６０ｂ’とカップリング部１６０ａ’との間に配置された部位に形成されている。
環状体１０１の軸方向内側表面１２０には、さらに、第６の軽量化凹所１６２が、カップリング部１６０ｂ’’の箇所および環状体１０１のうちの当該カップリング部１６０ｂ’’とカップリング部１６０ａ’’との間に配置された部位に形成されている。

具体的に述べると、これら第５および第６の軽量化凹所１６１，１６２のそれぞれが、それぞれのカップリング部１６０ｂ’，１６０ｂ’’ の径方向外側位置に配置された第
１の凹部１６１ａ，１６２ａ、および当該第１の凹部１６１ａ，１６２ａから各対のカップリング部１６０ａ’，１６０ａ’’，１６０ｂ’，１６０ｂ’’における他方のカップリング部１６０ａ’，１６０ａ’’に向かって延びる第２の凹部１６１ｂ，１６２ｂを含む。

本発明を限定しない図示の例では、第２の凹部１６１ｂ，１６２ｂの径方向広がりが、第１の凹部１６１ａ，１６２ａの径方向広がりよりも短い。
さらに、第２の凹部１６１ｂ，１６２ｂの軸方向深さが、第１の凹部１６１ａ，１６２
ａの軸方向深さよりも小さい。
好ましくは、軽量化凹所１８１，１８２，１８３，１８４は旋削法(turning process)
により得られて、より好ましくは、軽量化凹所１６１，１６２も旋削法により得られる。

本発明を限定しない図示の例では、クラウン１００が、さらに、環状体１０１の軸方向外側表面１４０に形成された複数のへこみ部(depression)１７２，１７４，１７６を備えている。
好ましくは、これらのへこみ部１７２，１７４，１７６は鍛造法(forging process)に
より得られる。これらのへこみ部１７２，１７４，１７６の深さは、数ｍｍ、例えば０．２ｍｍである。好ましくは、へこみ部１７２，１７４，１７６の深さは、前述した軽量化凹所１８１，１８２，１８３，１８４，１６１，１６２の深さよりも小さい。

へこみ部１７２は、カップリング部１６０ａ’，１６０ｂ’’間に配置されて、かつ、基準平面Ｒにまたがって非対称に延在している。具体的に述べると、へこみ部１７２の径方向幅は、カップリング部１６０ａ’からカップリング部１６０ｂ’’へと反時計回りに進むにつれて基準平面Ｒを越えたところまでは増加し、そこからカップリング部１６０ｂ’’が近付くにつれて徐々に減少する。
好ましくは、へこみ部１７２の、カップリング部１６０ａ’の箇所での径方向幅は、カップリング部１６０ｂ’’ の箇所での径方向幅よりも大きい。

へこみ部１７４及びへこみ部１７６はそれぞれ、カップリング部１６０ａ’’，１６０ｂ’’間、カップリング部１６０ａ’，１６０ｂ’間に配置されている。好ましくは、これらのへこみ部１７４，１７６同士は、実質的に同一の形状を有し、基準平面Ｒを基準として対称的に配置されており、かつ、互いに逆さまである（図２）。

へこみ部１７４は、周方向に連続する２つのカップリング部１６０ａ’’，１６０ｂ’’から角度方向に等距離のところにある径方向平面を基準として非対称であり、へこみ部１７６は、周方向に連続する２つのカップリング部１６０ａ’，１６０ｂ’から角度方向に等距離のところにある径方向平面を基準として非対称である。具体的に述べると、へこみ部１７４の径方向幅は、カップリング部１６０ｂ’’からカップリング部１６０ａ’’へと反時計回りに進むにつれて増加し、へこみ部１７６の径方向幅は、カップリング部１６０ｂ’からカップリング部１６０ａ’へと反時計回りに進むにつれて増加する。

図２、図４及び図５に示すようにへこみ部１７２，１７４，１７６は、軸方向外側表面１４０に美的かつ特有の価値を付与するように立体的に形成されている。
環状体１０１の軸方向外側表面１４０には、さらに、凹所１７０が形成されている。凹所１７０は、回転軸心Ｏを基準としてへこみ部１７２とは直径方向の反対側で、基準平面Ｒにまたがって対称的に延在している。凹所１７０は、右クランクアーム３０のステム部３２の一部を収容するように構成されている。

凹所１７０は、歯付きクラウン１００のうちの１番目の歯１５０の箇所に配置されており、へこみ部１７２は、歯付きクラウン１００のうちの、軸方向外側表面１４０上において１番目の歯１５０から周方向に反時計回りで数えて１７番目の歯１５６の箇所に配置されている。
好ましくは、凹所１７０は、旋削法により得られる。
好ましくは、へこみ部１７２，１７４，１７６の深さは、前述した軽量化凹所１８１，１８２，１８３，１８４，１６１，１６２の深さよりも小さい。

本出願人は、第１の角度方向部位１４１が、クラウン１００のうちの、特定の参照動作状態において（特には、停止状態からの始動という動作状態において）最も応力を受ける
部位であることを特定した。

図７ａ及び図７ｂには、クランクアーム角度θが描かれている。クランクアーム角度θは、右クランクアーム３０のステム部３２が鉛直方向上方に向いているときの位置（θ＝０°）とペダル動作時に右クランクアーム３０が取る位置との間の回転角度（図７ａ及び図７ｂでは回転方向が時計回りである）として定義される。

自転車のチェーン（図示せず）は歯付きクラウン１００へと約１８０°の角度方向範囲にわたって係合することから、右クランクアーム３０が図７ａの動作位置にある（クランクアーム角度θが１３５°に等しい）ときには、クラウン１００のうちの第１の角度方向部位１４１にある歯１１１が前記チェーンと係合し始めて、クラウン１００のうちの第２の角度方向部位１４２にある歯１１１が前記チェーンから脱離し始める。
右クランクアーム３０が図７ｂの動作位置にある（クランクアーム角度θが３１５°に等しい）ときには、クラウン１００のうちの第２の角度方向部位１４２にある歯１１１が前記チェーンと係合し始めて、クラウン１００のうちの第１の角度方向部位１４１にある歯１１１が前記チェーンから脱離し始める。

図７ａ及び図７ｂには、さらに、右クランクアーム３０と接続されて且つ当該右クランクアーム３０から１８０°の角度でオフセットしている左クランクアーム１３０も描かれている。
図７ａを参照する。ペダル動作時には右クランクアーム３０に、運転者により当該右クランクアーム３０に加えられる力のうちの有用成分ＰＥ（当該有用成分は、右クランクアーム３０のステム部３２の長手軸Ｐと直交に向いているので、ペダル動作時に仕事を行ってパワーを生成する成分である）と軸成分ＰＰ（右クランクアーム３０のステム部３２の長手軸Ｐと平行に向いているので、ペダル動作時に仕事を行わず動力を生成しない成分である）とで構成される合力ＰＲが働く。

本出願人は、下記の５つの参照動作状態：
－「上り坂の立ちこぎ」（ギヤ比：５２／１２）；
－「上り坂の立ちこぎ」（ギヤ比：５２／２５）；
－「上り坂の座りこぎ」（ギヤ比：３９／２５）；
－「上り坂の座りこぎ」（ギヤ比：５２／１９）；および
－「停止状態からの始動」；
において右クランクアーム３０に加えられる力のうちの有用成分ＰＥを、様々なクランクアーム角度θに対して調べるために実験的試験を実施した。

図８は、本出願人が得た結果を示した直交座標グラフである。５つの曲線は、これら５つの参照動作状態に対応している。
本出願人は、「停止状態からの始動」という動作状態を、当該動作状態が毎回発生する状態であることから好適な参照状態として検討したところ、右クランクアーム３０がクランクアーム角度θ＝約１３５°に到達したときに、当該右クランクアーム３０に加えられる力のうちの有用成分ＰＥが最大になることを確認した。

図９は、「停止状態からの始動」という動作状態における図８の有用成分ＰＥの、クランクアーム角度θに対する極座標グラフ（polar diagram）である。
図９には、さらに、歯付きクラウン１００の概略背面図も描かれている（１３番目の歯１５２が、クランクアーム角度θ＝１３５°の箇所に向けられている）。
本出願人は、歯付きクラウン１００が生じる軸方向変形を、前述した有用成分ＰＥの計測最大値に等しい軸方向荷重を当該歯付きクラウン１００の全ての歯１１１に適用することによって解析した。

本出願人は、図２～図６、図７ａ及び図７ｂの本発明にかかる歯付きクラウン１００の軸方向内側表面１２０に軽量化凹所を形成するために、軸方向内側表面に様々な軽量化凹所が施された様々な歯付きクラウン同士の比較試験を実施した。

これにより本出願人は、前述した歯付きクラウン１００が、運転者により右クランクアームに最も負荷がかけられたときにチェーンによって最も応力を受ける歯１１１の箇所で、軸方向内側表面に軽量化凹所を持たない仮想的な歯付きクラウンの変形と実質的に変わらないような側方変形があるような軸方向内側表面に、軽量化凹所のための幾何形状及び位置を備えていることを確認した。

図１０に、本発明にかかる歯付きクラウン１００の第２の好適な実施形態を示す。第１の実施形態に関して既述した構成／構成要素と構造的に又は機能的に等価な構成／構成要素については、参照符号が同じままである。
この第２の好適な実施形態では、歯付きクラウン１００の歯１１１の数が３４である。
図１０の歯付きクラウン１００は、図２～図６、図７ａ及び図７ｂの歯付きクラウン１００と、実質的に第５の軽量化凹所２６１、第６の軽量化凹所２６２および歯１１１の数のみが異なる。

具体的に述べると、第５および第６の軽量化凹所２６１，２６２のそれぞれは、それぞれのカップリング部１６０ｂ’，１６０ｂ’’ の径方向外側位置に配置された第１の凹
部２６１ａ，２６２ａ、および当該第１の凹部２６１ａ，２６２ａから各対のカップリング部１６０ａ’，１６０ａ’’，１６０ｂ’，１６０ｂ’’における他方のカップリング部１６０ａ’，１６０ａ’’に向かって延びる第２の凹部２６１ｂ，２６２ｂを含む。
第１の凹部２６１ａ，２６２ａは、図２～図６、図７ａ及び図７ｂの歯付きクラウン１００の第１の凹部１６１ａ，１６２ａと実質的に同様である。
ただし、第２の凹部２６１ｂ，２６２ｂは、第３の凹部２６１ｃ，２６２ｃを有している。

本発明を限定しない図示の例では、第３の凹部２６１ｃ，２６２ｃの径方向広がりが、第２の凹部２６１ｂ，２６２ｂの径方向広がりよりも短い。
さらに、第３の凹部２６１ｃ，２６２ｃの軸方向深さは、第２の凹部２６１ｂ，２６２ｂの軸方向深さよりも大きい。好ましくは、第３の凹部２６１ｃ，２６２ｃの軸方向深さは、第１の凹部２６１ａ，２６２ａの軸方向深さよりも小さい。

図１０の実施形態においても、第１の角度方向部位１４１および第２の角度方向部位１４２は、回転軸心Ｏを貫通し且つ基準平面Ｒに対して歯付きクラウン１００の前記軸方向外側表面上において当該基準平面Ｒから角度方向に時計回りで約２１°～約２７°の極値を含む範囲内の第１の角度で、約６７°～約７３°の極値を含む範囲内の第２の角度で、それぞれ傾いた２つの境界平面Ｋ，Ｌ間で周方向に延在している（該角度は、基準平面Ｒから時計方向に角度的に動く、歯付クラウン１００の軸方向外側表面上で測定した）。例えば、この実施形態では、前記第１の角度が約２３°に等しい（例えば、２２．９°に等しい）ものとされ得るか又は約２４°に等しいものとされ得て、かつ、前記第２の角度が約７０°に等しいものとされ得る。

当然ながら、当業者であれば、その時々の要件や偶発的な要件を満足するために、本発明に様々な変更や変形を施すことが可能であり、これら変更や変形の全ては添付の特許請求の範囲により定まる保護範囲に含まれる。

１０ 歯付クラウン
１１ 環状体
１２ 軸方向内側表面
１４ 軸方向外側表面
１６ カップリング部
２０ 軽量化凹所
２１ アンダーカット部
２２ 厚肉部
３０ 右クランクアーム
３２ａ 孔
３４ カップリングエレメント
１００ 歯付きクラウン
１０１ 環状体
１１０ クランクセット
１１１ 歯
１２０ 軸方向内側表面
１３０ 左クランクアーム
１４０ 軸方向外側表面
１４１ 第１の角度方向部位
１４２ 第１の角度方向部位
１５０ １番目の歯
１５２ １３番目の歯
１５４ ２９番目の歯
１５６ １７番目（反時計まわり）の歯
１６０ａ’ カップリング部
１６０ａ’’ カップリング部
１６０ｂ’ カップリング部
１６０ｂ’’ カップリング部
１６１ 軽量化凹所
１６１ａ 第１の凹部
１６１ｂ 第２の凹部
１６２ 軽量化凹所
１６２ａ 第１の凹部
１６２ｂ 第２の凹部
１７０ 凹所
１７２ へこみ部
１７４ へこみ部
１７６ へこみ部
１８１ 軽量化凹所
１８２ 軽量化凹所
１８３ 軽量化凹所
１８４ 軽量化凹所
２６１ 凹所
２６１ａ 第１の凹所
２６１ｂ 第２の凹所
２６１ｃ 第３の凹所
２６２ 凹所
２６２ａ 第１の凹所
２６２ｂ 第２の凹所
２６２ｃ 第３の凹所
Ｋ 境界平面
Ｌ 境界平面
Ｏ 回転軸心
Ｐ 長手軸
Ｐ１ 主平面
Ｐ２ 主平面
ＰＥ 有用成分
ＰＰ 軸成分
ＰＲ 合力
Ｒ 基準平面
ＩＶ 平面線
Ｖ 平面線
α 角度
θ クランクアーム角度

Claims (19)

1. 自転車のクランクセット（１１０）の歯付きクラウン（１００）であって、
   回転軸心（Ｏ）周りに延在する環状体（１０１）と、
   前記環状体（１０１）からそれぞれの径方向外方に沿って延びる複数の歯（１１１）と、
   前記複数の歯（１１１）とは反対側で前記環状体（１０１）から延びる、自転車の右クランクアーム（３０）とカップリングするための複数のカップリング部（１６０ａ’，１６０ａ’’，１６０ｂ’，１６０ｂ’’）と、
   を備え、前記環状体（１０１）が、
   －軸方向内側表面（１２０）、
   －軸方向外側表面（１４０）、および
   －前記回転軸心（Ｏ）が位置する基準平面（Ｒ）であって、前記右クランクアーム（３０）が前記環状体（１０１）へと前記複数のカップリング部（１６０ａ’，１６０ａ’ ’，１６０ｂ’，１６０ｂ’’）で且つ前記軸方向外側表面（１４０）でカップリングされたときに当該右クランクアーム（３０）の長手軸（Ｐ）が位置するように意図されている基準平面（Ｒ）、
   を有し、前記環状体（１０１）は、互いに平行かつ前記基準平面（Ｒ）と直交する２つの主平面（Ｐ１，Ｐ２）間の距離に等しい最大の軸方向厚さを有しており、当該最大の軸方向厚さが、前記環状体（１０１）のうちの少なくとも１つの第１の角度方向部位（１４１，１４２）に形成されている、歯付きクラウン（１００）において、
   前記環状体（１０１）のうちの前記少なくとも１つの第１の角度方向部位（１４１，１４２）が、旋削法により得られ、かつ前記軸方向外側表面（１４０）に形成された第１の軽量化凹所（１８１，１８２）を有しており、前記少なくとも１つの第１の角度方向部位（１４１，１４２）が、前記回転軸心（Ｏ）を貫通し且つ前記基準平面（Ｒ）に対して前記軸方向外側表面（１４０）上において当該基準平面（Ｒ）から角度方向に２１°～２７°の範囲内の第１の角度で、６７°～７３°の範囲内の第２の角度で、それぞれ傾いた２つの境界平面（Ｋ，Ｌ）間で周方向に延在している（前記第１の角度および第２の角度は、前記基準平面（Ｒ）から時計回りに角度的に動く前記軸方向外側表面（１４０）で測定）ことを特徴とする、歯付きクラウン（１００）。
2. 請求項１に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記少なくとも１つの第１の角
   度方向部位（１４１，１４２）が、前記軸方向内側表面（１２０）には軽量化凹所を有していない、歯付きクラウン（１００）。
3. 請求項１または２に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記環状体（１０１）のうちの第２の角度方向部位（１４２，１４１）が、旋削法により得られ、かつ前記軸方向外側表面（１４０）に形成された第２の軽量化凹所（１８２，１８１）を有しており、当該第２の角度方向部位（１４２，１４１）が、前記回転軸心（Ｏ）を基準として前記少なくとも１つの第１の角度方向部位（１４１，１４２）とは直径方向の反対側にある、歯付きクラウン（１００）。
4. 請求項３に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記第２の角度方向部位（１４２，１４１）が、前記軸方向内側表面（１２０）には軽量化凹所を有していない、歯付きクラウン（１００）。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記歯（ １１１）の数が、２８～４４の範囲内である、歯付きクラウン（１００）。
6. 請求項５に記載の歯付きクラウン（１００）において、１番目の歯（１５０）が、前記基準平面（Ｒ）にまたがって又は前記基準平面（Ｒ）の近傍に配置されており、１３番目の歯（１５２）及び２９番目の歯（１５４）は、前記1番目の歯（１５０）から反時計回りに円周方向に動いて、前記軸方向外側表面（１４０）において数えられて、前記１３番目の歯（１５２）と前記２９番目の歯（１５４）は、前記２つの境界平面（Ｋ，Ｌ）間に配置されている、歯付きクラウン（１００）。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記複数のカップリング部（１６０ａ’，１６０ａ’’，１６０ｂ’，１６０ｂ’’）が、前記基準平面（Ｒ）を基準として両側に対称的に配置された２対のカップリング部（１６０ａ’，１６０ｂ’；１６０ａ’’，１６０ｂ’’）を含む、歯付きクラウン（１００）。
8. 請求項７に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記２対のカップリング部（１ ６０ａ’，１６０ｂ’；１６０ａ’’，１６０ｂ’’）のうちの第１の対のカップリング 部（１６０ａ’，１６０ｂ’）における第１のカップリング部（１６０ａ’）が、前記少 なくとも１つの第１の角度方向部位（１４１）に配置されている、歯付きクラウン（１０ ０）。
9. 請求項８に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記環状体（１０１）のうちの第２の角度方向部位（１４２，１４１）が、旋削法により得られ、かつ前記軸方向外側表面（１４０）に形成された第２の軽量化凹所（１８２，１８１）を有しており、前記第２の角度方向部位（１４２，１４１）は、前記回転軸心（Ｏ）を基準として前記少なくとも１つの第１の角度方向部位（１４１，１４２）とは直径方向の反対側にあり、前記２対のカップリング部（１６０ａ’，１６０ｂ’；１６０ａ’’，１６０ｂ’’）のうちの第２の対のカップリング部（１６０ａ’’，１６０ｂ’’）における第１のカップリング部（１６０ａ’’）が、前記第２の角度方向部位（１４２）に配置されている、歯付きクラウン（１００）。
10. 請求項９に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記環状体（１０１）が、前記２対のカップリング部（１６０ａ’，１６０ｂ’；１６０ａ’’，１６０ｂ’’）のうち の前記第１の対のカップリング部（１６０ａ’，１６０ｂ’）における第２のカップリング部（１６０ｂ’）の箇所と前記２対のカップリング部（１６０ａ’，１６０ｂ’；１６ ０ａ’’，１６０ｂ’’）のうちの前記第２の対のカップリング部（１６０ａ’’，１６０ｂ’’）における第２のカップリング部（１６０ｂ’’）の箇所とにそれぞれ、旋削法により得られ、かつ前記軸方向外側表面（１４０）に形成された第３、第４の軽量化凹所（１８３，１８４）を有している、歯付きクラウン（１００）。
11. 請求項１０に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記環状体（１０１）が、前記第２のカップリング部（１６０ｂ’，１６０ｂ’’）の箇所にそれぞれ、旋削法により得られ、かつ前記軸方向内側表面（１２０）に形成された第５、第６の軽量化凹所（１６１，１６２,２６１,２６２）を有している、歯付きクラウン（１００）。
12. 請求項１１に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記第５および第６の軽量化凹所（１６１，１６２,２６１,２６２）のそれぞれが、それぞれの前記カップリング部（１６０ｂ’，１６０ｂ’’）の径方向外側位置に配置された第１の凹部（１６１ａ，１６２ａ,２６１ａ,２６２ａ）、および当該第１の凹部（１６１ａ，１６２ａ, ２６１ａ,２６２ａ）から前記２対のカップリング部（１６０ａ’，１６０ｂ’；１６０ａ’’，１６０ｂ’’）のうちの各対のカップリング部における前記第１のカップリング部（１６０ａ’，１６０ａ’’）に向かって延びる第２の凹部（１６１ｂ，１６２ｂ,２６１ｂ,２６２ｂ）を含む、歯付きクラウン（１００）。
13. 請求項１２に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記第２の凹部（１６１ｂ，１６２ｂ,２６１ｂ,２６２ｂ）の径方向広がりが、前記第１の凹部（１６１ａ，１６２ａ,２６１ａ,２６２ａ）の径方向広がりよりも短い、歯付きクラウン（１００）。
14. 請求項１２または１３に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記第２の凹部（１６１ｂ，１６２ｂ,２６１ｂ,２６２ｂ）の軸方向深さが、前記第１の凹部（１６１ａ，１６２ａ,２６１ａ,２６２ａ）の軸方向深さよりも小さい、歯付きクラウン（１００）。
15. 請求項１２から１４のいずれか一項に記載の歯付クラウン（１００）において、前記第２の凹部（２６１ｂ,２６２ｂ）が第３の凹部（２６１ｃ,２６２ｃ）を有する、歯付きクラウン（１００）。
16. 請求項１５に記載の歯付クラウン（１００）において、前記第３の凹部（２６１ｃ,２６２ｃ）が前記第２の凹部（２６１ｂ,２６２ｂ）の径方向広がりよりも短い径方向広がりを有する、歯付きクラウン（１００）。
17. 請求項１５または１６に記載の歯付クラウン（１００）において、前記第３の凹部（２６１ｃ,２６２ｃ）が前記第２の凹部（２６１ｂ,２６２ｂ）の軸方向深さよりも大きい軸方向深さを有する、歯付きクラウン（１００）。
18. 請求項１５から１７のいずれか一項に記載の歯付クラウン（１００）において、前記第３の凹部（２６１ｃ,２６２ｃ）が前記第１の凹部（２６１ａ,２６２ａ）の軸方向深さよりも小さい軸方向深さを有する、歯付きクラウン（１００）。
19. 請求項１から１８のいずれか一項に記載の歯付きクラウン（１００）において、前記環状体（１０１）が、前記軸方向外側表面（１４０）に形成された複数のへこみ部（１７２，１７４，１７６）を有しており、当該へこみ部（１７２，１７４，１７６）のそれぞれが、それぞれの周方向に連続する２つのカップリング部（１６０ａ’，１６０ｂ’，１６ ０ａ’’，１６０ｂ’’）間に配置されて、かつ、当該周方向に連続する２つのカップリング部（１６０ａ’，１６０ｂ’，１６０ａ’’，１６０ｂ’’）から角度方向に等距離のところにある径方向平面を基準として非対称に延在している、歯付きクラウン（１００）。

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