WO1990009308A1

WO1990009308A1 - Multi-stage chain wheel for bicycle

Info

Publication number: WO1990009308A1
Application number: PCT/JP1990/000176
Authority: WO
Inventors: Jun Kobayashi
Original assignee: Maeda Industries, Ltd.
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1990-02-13
Publication date: 1990-08-23
Also published as: EP0414907B1; JPH03295U; EP0414907A4; EP0414907A1; US5133695A; DE69010431D1; DE69010431T2

Description

明細書 * ,

〔発明の名称〕

自転車用多段チェーンホイール

'〔技術分野〕この考案は、径の異なる少なくとも二枚のスプロケッをもつ自転車用多段チヱーンホイールに関する。詳しくは、大径ス f ロケットから小径スプロケッ卜へのチヱーンの掛け換えをより良好に行いうるように構成されたものに関する。〔背景技術〕 * 最近の自転車の多くは、後車輪のハブに装着する後ギヤ多段フリーホイールとするのみならず、ペダルクランクに装着する前ギヤ (前ギヤは、通常、チェーンホイールという）をも多段チェーンホィールとして変速段数を增加させている。たとえば、多段フリーホィ一ルが 5枚のスプロケットを有し、多段チヱ一ンホイールが 3枚のスプロケットを有する場合、 1 5段階の変速が可能となる。 ' 多段チューンホイールは、自転車進行方向を向いて右端のスプロケットを最大径とし、その左側に順次それより小径のスプロケットを配して構成される。チェーンホイールにおいては、最大径のギヤにチェーンを掛けたとき、最も高速で走行できる。 , ' チェーンホイールにおいてその変速は、チェ一ンホイールの回転中、フロントディレーラによつてチェ一ンのチエーンホイールへの進入部分を横方向に押圧することにより、チヱーを、小径スプロ

- ' - ！ケットから大径スプロケットへ、あるいは、大径スプロケッ卜から小径スプロケットへ掛け換えることにより行われる。この場合、変遝性の艮否は、チヱーンを、いかにスムーズかつすみやかに、現在嚙合しているスプロケットから離脱させ、目標とするスプロケットに嚙合させうるかによつて決定される。

ところが、大径スプロケッ卜から小径スプロケッ卜へのチヱーンの掛け換えにおいては、次のようなチヱーンロック現象が問題とな o

これを、第 9図ないし第 1 3図を参照して説明する。

第 9図、第 1 0図、第 1 1図および第 1 3図は、チヱーン Cをチヱーンホイール C Wの大径スプロケット 1から小径スプロケット 2 に掛け換える場合において問題となる状況を経時的に順を追って自転車の左側面から見て示した図である。第 1 2図は、第 1 1 図の X Π矢視方向図である。

第 9図、第 1 0図、第 1 1図および第 1 3図において、大径スプロケット 1 は向こう側に位置する。チヱーン Cは、左右一対の内リンクプレート P a ! , P a₂と左右一対の外リンクプレート P b P b ₂ を交互にローラピン Rで連結して構成される。チューン Cは、各内リンクプレート P ^ , P a₂の間および各外リンクプレート P b h P b ₂の間にスプロケッ卜の各歯が突入しつつローラピン Rがスプロケットの各歯間に納まるようにしてスプロケットに嚙合する。

大径スプロケット 1に嚙合しているチヱ一ン Cを小径スプロケット 2に掛け換える場合、チヱーン Cにおける大径スプロケット 1への進入部分を、図示しないフロントディレーラによって小径スプロケット 2側に向けて押圧し、チヱーン Cを大径スプロケット 1力、ら離脱させる。チェーン Cにはリャディレーラ側のテンションスプリングによるテンションが作用しているため、大径スプロケット 1 の菌離させられたチヱーン Cは、第 1 0図に示すように、大径スプロケット 1 の歯 t aから外れたリンクプレ卜の直後のローラピン R。を支点として、小径スプロケット 2の外周に接線を引くように移行する。 - f

• この際、第 1 0図に示すように、上記ローラピン R の位置と対応する大径スプロケット 1 の歯間中心 0 , と、これか小径スプロケット 2に下ろした接線 ^上にある小径スプロケット 2の歯間中心 0 までの距離がチヱ一ンのピッチ（p ) の整数（n ) '倍より一定量（α ) 大きい状態（上記歯間中心 0 ; から歯間中、 0 までの距離が η ρ + αとなっている状態）のときに、チヱーンホイール C W にクランクからの強大な駆動回転力が作用すると次のようなチェ一ンロック現象が発生する。

すなわち、通常は、ローラピン Rが小径スプロケット 2の歯先に乗り上げた恰好で暫く回転し、チヱーン Cのローラピン Rの位置と小径スプロケット 2の歯間の位置とがー致した時点でローラピン R が上記歯間に納まる。しかし、第 1 0図に示す状態でチューンホイール C Wに強大な駆動回転力が作用すると、チヱ一ン Cに大きな張力がかかって、第 1 1図に示すように、ローラピン Rが引に小径スプロケット 2の歯間に押し込められるとともに、大径スプロケット 1の上記歯間 0 , と対応するローラピン R 0が大径スプゲット 1の側面に沿って強引に押し下げられる。

この場合、第 1 2図に示すように、上記歯 t aを乗り越えた内リンクプレート P a iおよびこれの直前の外リンクプレート P tnが上記歯 t aとその一つ前の歯 t bとの間を斜めに横断させられながら歯底方向に押し込まれる。スプロケットの歯ほ歯元にいくほど厚みが堦す^とら、上記のように歯底方向に押し込まれる上記内リンクプレート P a !および外リンクプレート P b !は、上記スプロケットの歯に食い付き、そのため、チヱ一ン Cが大径スプロケット 1 にロックされてしまう。また、上記内リンクプレート P _{a i}および外リンクプレート P b iには、これらが上記歯 t aと歯 t bとに押されることにより、第 1 2図矢印 A方向の強力な曲げ力が作用する。この曲げ力の影響により、上記歯 t bより回転方向前方の歯 t c， t d , t eの小径スプロケッ卜側側面にチヱーン Cの各左側のリンクプレ一トが押し付けられることからも、チューン Cが大径スプロケット 1 にロックされてしまうのである。

このようなチヱーンロック現象が発生すると、チヱーン Cが大径スプロケット 1から離脱できなくなり、第 1 3図に示すように、大径スプロケット 1 にチェ一ン Cが食い付いたまま、チェーンホイ一ル C Wが回転する。そして、チヱ一ンホイール C Wが第 1 3図の状態よりさらに回転すると、大径スプロケット 1 に食い付いているチェ一ン Cがフロントディレーラと衝突してこれを破損させることがある。また、大径スプロケット 1が軽金属で形成されている場合などには、大径スプロケット 1の歯が変形させられてしまう虞れもある o

上記チェーン口ック現象は、第 8図に示すような歯の前後幅を十分にとったスプロケットほど起こり易い。歯の前後幅が大きいほど. 歯間幅が小さくなるからである。上記歯間幅が小さくなれば、第 1

2図に示すような状態において、チヱーン Cのリンクプレ一トが、大径スプロケット 1の歯 t aと歯 t bの間により強く食い付いてしまう。また、上記曲げ力の大きさもより大きくなる。で、従来、チェーンホイールに使用するスプロゲッ ' pQ歯を、第 7図に示すように、歯先に向かうほどその前後幅:を縮小させた形状に形成することも多い。このように前後方向に痩ぜさせた形状の歯を有するスプロケットの場合、第 8図に示す前後方向幅が大きい歯を有するスプロケットよりも、チヱーンの離脱および斜行が容易となり、上記チューンロック現象が起こり難くなる。

このことは、一面、大径スプロケットから小径スプロケ ' . 卜へのチェンの掛け換え性能を向上させているかのようである。しかし、実際は、チェーンの離脱が容易になりすぎて、チヱ一ンが大径スプロケットから小径スプロケットへ完全に乗り移る前に小径スプロケットのさらに内方へ脱落してしまうというチヱン脱落 ¾象が頻発し易いという別の問題が発生する。このチェン脱落現象を防止するには、第 8図のように歯の前後方向幅を十分にとればよいが、そうすると、上述したように、チェーンロック現象が頻発する問題が生じるのである。

〔発明の開示〕 - したがって、本願発明の目的は、上記チェーンロック現象の防止と上記チーン脱落現象の防止という相反する二つの要求を同時に満たし、大径スプロケットから小径スプロケットへのチェーンの掛け換えをより良好に行うことができるように構成された自転車用多段チヱーンホイールを提供することである。

本願発明の他の目的は、小径スプロケッ卜から大径スプロケットへのチヱーンの掛け換え性能を悪化させることなく、大径スプロケットから小径スプロケットへのチヱ一ンの掛け換えをより良好に行うことができるように構成した自転車用多段チェーンホイールを提供することである。

本願発明は、自転車用ペダルクランクに装着され、ライダーの発生する駆動力をチェ一ンを介して後ギヤに伝達するための自転車用多段チ —ンホイールであって、次のことを特徴とする。

"上記ペダルクランクのクランク軸心と同一の軸心をもつようにべダルクランクに対して取り付けられた一つの大径スプロケットと、上記大径スプロケッ卜の側方に位置し、かつ大径スプロケットと同一軸心をもつように、大径スプロケットもしくは上記ペダルクランクに対して取り付けられるとともに、大径スプロケッ卜よりも小径とした少なくとも一つの小径スプロケットとを備えており、上記大径スプロケットの外周における、上記ペダルクランクのクランクアームと側面視において交差する部位およびこの部位とスプロケット軸心をはさんで直径方向に対向する部位の少なくとも一方の部位付近に位置する歯を、他の一般歯に比し、大径スプロケットの歯のピッチ中心に対して回転方向前方に偏位させた前後方向非対称歯としている。

本願発明のその他の目的、特徴および利点は、添付図面を参照して説明する後記の好ましい実施例の説明から明確となろう。

〔図面の簡単な説明〕

第 1図は、本願発明の実施例に係る大径スプロケットの歯部の側面図である。

第 2図は、実施例に係るチヱーンホイールを小径スプロケット側から見て模式的に示した側面図である。

第 3図は、実施例に係るチヱーンホイールを大径スプロケット側から見た側面図である。 4凶は、第 3図の IV方向矢視図である。

第 5図は、多段チヱ一ンホイールにおけるチヱ一ンの掛け換わり挙動を説明するための図であり、チヱーンに作用する張力が極大となる状態を示す。

• 第 6図は、多段チェーンホイールにおけるチェーンの掛'け換わり挙動を説明するための図であり、チューンに作用する張力が極小となる状態を示す。

第 7図および第 8図は、従来例の大径スプロケッ卜の歯部の側面図である。；^; ヽ

第 9図ないし第 1 3図は、従来例の作動'を説明するための図であり、第 9図、第 1 0図、第 1 1図および第 1 3図は、チヱーンホイールを小径スプロケット側から見た側面図、第 1 2図【ま、第 1 1図の Χ Π方向矢視図である。 ―

〔発明を実施するための最良の形態〕

第 2図ないし第 4図に示すように、多段チェーンホール C Wは、一枚の大径スプロケット 1 と、その内側にそれより小さい外径をもつ小径スプロケット 2 とを備える。本実施例の多段チヱーンホイ一ル C Wでは、合計 2枚のスプロケットを備えるが、さらに小径のスプロケット（図示略）を取り付けて、合計 3枚ないしは 4枚のスプロケットを備えさせることもある。

上記多段チヱーンホイール C Wは、クランク軸 3 と、その両端に連結されたクランクアーム 4 とからなるペダルクランク 5に取り付けられる。多段チェーンホイール C Wは、ライダーがペダル 6を踏んでペダルクランク 5を回すと、それに伴ってクランク軸 3 とともに回転させられる。なお、上記クランク軸 3 は、図示しない自転直ノレームのボトムブラケットに回転可能に支持されている。

上記大径スプロケット 1は、外周に歯部が形成されたリング状の歯形成部 1 1 と、この歯形成部 1 1から半径方向内方に延びる等間隔の 5本のステ一 1 2とを有する。上記各ステー 1 2力く、クランクアーム 4の基部から一体形成された放射状に延びる 5本の支持ァーム 4 1の先端にそれぞれボルト 7で連結されている。また、小径スプロケット 2 も、大径スプロケット 1 と同様に、リング状の歯形成部 2 1 と、 5本のステ一 2 2とを有する。上記各ステ一 2 2が、上記ボルト 7によって、大径スプロケット 1の各ステ一 1 2と共締め状に上記 5本の支持アーム 4 1に連結されている。

本願発明では、上記大径スプロケット 1の歯の形状に改良を加えることにより、大径スプロケット 1から小径スプロケット 2へのチエーン Cの掛け換え性能の向上を図る。

その改良は、大径スプロケット 1の外周における、クランクァ一ム 4と側面視において交差する部位（第 2図において A , で示す部位）およびこの部位とスプロケット軸心を挟んで直径方向に対向する部位（第 2図において A ₂ で示す部位）の少なくとも一方の部位付近に位置する歯に施す。本実施例の場合は特に、改良を施す箇所を、上記の A rで示す部位付近および A ₂ で示す部位付近の双方の箇所としている。

本願発明では、改良を加える歯の形状を、他の一般歯に比して、歯のピッチ中心（第 1図に一点鎖線 Cで示した位置）に対しチューンホイール C Wの回転方向（第 1図および第 2図の矢印 Fの方向）前方に偏位する前後方向非対称形状とする。

本例の場合、第 1図に示すように、この前後方向非対称歯 t Xにお^る凹 ¾方向前方部が、その中間高さ位置から頂部にかけて、他の一般歯に比し側面視に'おいて凸曲面状に前方に膨出したような形状となるようにしている。なお、前後方向非対称歯 t Xは、その前方部の頂部のみあるいは中間部のみを前方に膨出させたような形状でもよい。また、前後方向非対称歯 t Xは、ッチ中心 Cから歯の後縁までの前後長さが、他の一般歯に比して短くなるように形成し

'-お， |\ ている。 ' 上述のように、大径スプロケット 1の歯に改良を施す箇所を、上記 A , 付近ないしは A ₂ 付近とする理由は、次のとおりである。多段チヱ一ンホイール C Wのいずれかのスプロケットに掛かっているチヱ一ン Cを他のスプロケットに掛け換える場合；多段チェ一ンホイール C Wへの進入部においてチヱーン Cをフロントディレ一ラによって左右方向に押圧し、それまで掛かっていたスプロケットからチェーン Cを離脱させるとともに、チヱ一ン Cを平面視において斜行させて目的のスプロケット上に落としこむ。；. ところ力く、チェーン Cにおける多段チェーンホイール C W_;への進入部は、駆動力を後ギヤに伝達する部位であるため、この部には大きな張力が作用する。このように大きな張力が作用しているときは、フロントディレーラによってチヱーン Cを横方向に押して'も、スプロケットからチヱーン Cを容易に離脱させることはできない。しかし、上記チヱーン Cの多段チヱ一ンホイール C Wへの進入部には、常に大きな張力が作用しているのではなく、チェーン Cに作用する張力は、クランクアーム 4の回転位置によって、大きくなったり、小さくなつたりする。第 5図に示すように、クランクァム 4が略水平方向を向いているときには、モーメントの関係から、上から下へとベタル 6を踏み込むライダーの踏力が最も効率的にチヱーンホィール C Wに伝達される'ため、上記の張力が極大となる。一方、第 6図に示すように、クランクアーム 4が上下死点付近にあるときには、ライダーの踏力がチヱーンホイ一ル C Wに回転力として効率良く伝達されないため、上記チユーン Cの張力は極小となる。

したがって、フロントディレーラによって継続的にチヱ一ン cを横方向に押圧していても、実際上、チェーン Cは、その張力が上記のように極小となる瞬間あるいはそれに前後して、それまで掛かつていたスプロケッ卜から離脱するという挙動を示すことがほとんど ιΐ'め ^。

すなわち、第 6図に示すようにクランクアーム 4が上下死点付近にあるときに、チヱーン Cがスプロケットから離脱し易い。

また、前ギヤの多段チェーンホイ一ルと後ギヤのフリ一ホイールは、ほぼ水平方向に離れて前後に配置されており、フリーホイールからチェーンホイールに向かうチェーンは、回転するチェ一ンホイ一ルの頂端部付近からチヱーンホイールに進入 ·嚙合する。グランクアーム 4が上下死点付近に位置する状態において、チヱーン Cがチェーンホイール C Wに進入 ·嚙合する箇所は、クランクアーム 4 の長手方向軸線と交差する部位 A , もしくは Α ₂ の付近である。

したがって、大径スプロケット 1において、上記 Α , もしくは Α_∑ で示す部位付近がチニーン Cが離脱する可能性が高い箇所となる。このような箇所にある歯に、大径スプロケット 1から小径スプロケット 2へのチェーン Cの掛け換えをスムーズに行わせうる改良を施すことにより、チェーンの掛け換え性能を著しく向上させうるのであ Ο ο お、目転車フレームの立てパイプ（サドル支持フレーム、第 5 図および第 6図において符号 8で示す部材）は、一般に後方に傾いている。そのため、実際上のクランクアーム 4の上下死点は、クランクアーム 4が上記立てパイプ 8の軸線.にほぼ沿って延びる、鉛直軸線に対しチヱーンホイール C Wの回転方向後方に 5 ° 〜 1 5 ° 程度傾いた位置となり、この状態において、チヱーン Cに作用する張力が極小となる。また、この場合、大径スプロケット 1におけるチヱ一ン Cが進入 ·嚙合する部位は、上記 A , (もしくは ₂ ) で示した位置からチヱーンホイール C Wの回転方向前方に所定度（上記の 5 ° 〜 1 5 ° 程度の角度）ずれる。実際上、大径スプロケットからのチヱーンの離脱は、上記 A , もしくは A で示した部位からチェーンホイール C Wの回転方向前方に所定角度ずれた位置:を中心としてその前後 3 0 ° 程度の範囲で起こり易く、好ましぐは、このような範囲（たとえば第 2図において Bで示す範囲） ΐこおいて上記非対称歯 t Xを設けるのが良い。

以上の構成を備える自転車用多段チェーンホイールの作動は次のとおりである。

自転車走行中、多段チェーンホイール C Wは、第 1図および第 2 図の矢印 F方向に回転する。大径スプロケット 1に掛かっているチエーン Cを小径スプロケット 2 に掛け換える場合、フ b ントディレーラ（図示略）によって、チヱーン Cにおける大径スプロケット 1 への進入部分を小径スプロケット 2側に向けて押圧する。上述のように、チェーン Cは、大径スプロケット 1における、クランクァ一ム 4の長手方向の軸線と交差する部位（第 2図において A , で示した部位もしくは A ₂ で示した部位）付近から離脱する。チェーン C (/リローフピン Rは、チヱーンホイール C Wの回転時、第 1図に示すように、スプロケットの歯の前面に接触しているとともに、スプロケッ卜からの離脱時、歯の前面上を転がるように上方に移動する。本願発明では、上記 A , および A ₂ で示した部位付近には、上記前後方向非対称歯 t Xが設けられており、この前後方向非対称歯 t Xは、歯の前面中間部が凸曲面状に膨出させられている。この前後方向非対称歯 t Xの前方膨出部 9 (第 1図に斜線を施した箇所）により、チェーン Cのローラピン Rの容易すぎる上方への離脱を抑制できる。したがって、第 7図に示すような前後方向に痩せさせた形状の歯をもつスプロケッ卜と異なり、チヱ一ン Cが小径スプロケット 2に完全に乗り移る前に小径スプロケット 2のさらに内方に脱落してしまうという不都合を回避できる。また、上述のように、前後方向非対称歯 t Xの前方部は、曲面状に滑らかに膨出させているので、上記ローラピン Rの上方への離脱が抑制され過ぎてしまうという問題も生じない。

—方、上記前後方向非対称歯 t Xは、そのピッチ中心 Cから後縁までの前後長さが他の一般歯に比して短くなるように形成されており、前後の非対称歯 t x， t x間における歯間幅が十分に確保される。したがって、チヱーン Cのリンクプレート力、第 1 2に示すようにスプロケットと交差するように歯底方向に押し込められても、上記リンクプレートがスプロケットの歯に強く食い付いたり、リンクプレートに大きな曲げ力（第 1 2図に示す A方向の曲げ力）が作用することはないので、チェーン Cが大径スプロケット 1に食い付くチニーンロック現象も都合良く回避できる。しかも、本例の場合. 上記膨出部 9を歯元部を避けて設けており、歯底における歯間幅をより ^保できることから、チヱ一ンロック現象をよ確実.に防止できる。

以上のように、本願発明では、大径スプロケット 1から小径スプロケット 2へのチェーン Cの掛け換え時、大径スプ bケット 1カヽらのチヱーン Cの容易すぎる離脱およびこれに伴ぅスプロケッ卜からの脱落と、チヱーン Cの大径スプロケット 1へのロック防止できる。したがって、チヱーン Cの掛け換え性能が非常に良くなるしかも、大径スプロケット 1の部分的な範囲において、歯の形状に改良を施すだけの簡単な手段を講じるだけで実施でき、実施にあたり、大きな変更を加える必要もない。 ' ,

Claims

請求の範囲

(1) 自転車用ペダルクランクに装着され、ライダーの発生する駆動力をチヱ一ンを介して後ギヤに伝達するための自転車用多段チェンホイールであって、次のことを特徴とする。

上記ペダルクランクのクランク軸心と同一の軸心をもつようにべダルクランクに対して取り付けられた一つの大径スプロケットと、上記大径スプロケットの側方に位置し、かつ大径スプロケッ卜と同一軸心をもつように、大径スプロケットもしくは上記ペダルクランクに対して取り付けられるとともに、大径スプロケットよりも小径とした少なくとも一つの小径スプロケットとを備えており、上記大径スプロケットの外周における、上記ペダルクランクのクランクアームと側面視において交差する部位およびこの部位とスプロケット軸心をはさんで直径方向に対向する部位の少なくとも一方の部位付 ^に位置する歯を、他の一般歯に比し、大径スプロケットの歯のピッチ中心に対して回転方向前方に偏位させた前後方向非対称歯としている。

(2) 上記大径スプロケットの外周における上記クランクアームと側面視において交差する部位およびこの部位とスプロケット軸心を挟んで直径方向に対向する部位の双方の部位付近に位置する歯を、上記前後方向非対称歯とした、請求項 1 の自転車多段チェーンホイール。

(3) 上記前後方向非対称歯は、上記大径スプロケットの外周における、上記クランクアームの長手方向の軸線と側面視において交差する部位からチヱーンホイールの回転方向の前方に 5 ° ないし 1 5 6

3 こ^位を中心としてその前後 3 0 ° 程度の範囲内に設けられている、請求項 1および 2の自転車用多段チヱーンホイール。

(4) 上記前後方向非対称歯は、チェーンホイール回転; 5向の前方部を、他の一般歯よりも前方に膨出させて形成されたものである、請求項 1 ないし 3の _fa転車用多段チヱ一ンホイール。

(5) 上記前後方向非対称歯は、チェーンホイール回転方向の前方部をその中間高さ位置から頂部にわたり側面視において凸曲面状に滑らかに膨出させて形成されたものである、請求項 1 ないし 4の自転車用多段チヱ一ンホイール。

(6) 上記前後方向非対称歯は、上記ピッチ中心から歯の後縁までの長さが他の一般歯に比し短くなるように形成されたものである、請求項 1ないし 5の自転車用多段チヱーンホイール。

(7) 上記大径スプロケットは、リング状の歯形成部と、この歯形成部から半径方向内方に延びる複数のステ一とを備える、請求項 1 の自転車用多段チヱーンホイール。

(8) 上記ペダルクランクのクランクアームには、クランク軸を中心として放射状に延びる複数本の支持アームが一体形成されており、上記各支持ァ―ムに上記大径スプロケットの上記各ステ一が連結されている、請求項 1の自転車用多段チーンホイール。

(9) 上記各支持アームと上記大径スプロケットの上記各ステ—は、ねじによって連結されている、請求項 8の自転車用多段チェーンホィ—ル。 , '

(10) 上記小径スプロケットは、上記クランクアームの J記各支持アームに対して連結されている、請求項 8'および 9の自転車用多チェーンホイール。 -