JPH0219735A - 自転車等の駆動ホイールおよびこのホイールを備える自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は駆動ホイール、特に自転車の駆動ホイールによ
って伝達されるトルクの測定に関する。

（従来の技術） サイクリストにより展開されたパワーおよび／又は増巾
されたエネルギーを測定することは、訓練としての自転
車競技の場合に特に興味を示すものである。

この測定は、また事故後の肉体的リハビリとしてサイク
リングを実行する人々にとって多いに好ましいことであ
り、またある血液循環の病気の処置に役立つばかりでな
く、単に肉体的状態を改善するためにも好ましいことで
ある。

この理由は自転車に伝達されるトルクの測定用に特に設
計されたある種類の装置がすでに存在するからである。

フランス特許明細書第２，３９４，７９０号には、駆動
チェーンによって伝達されるトルクを測定するために設
計された装置を開示しており、この装置はこのチェーン
の駆動ストランドのテンションを測定するようになって
いる。

この装置はまたチェーンの駆動ストランドに対向するス
プリングによって押圧されたローラを含んでいる。チェ
ーンによって伝達されたストレスは増加するので、その
駆動ストランドは緊張状態で引張られ、測定装置のスプ
リングを押し返す。

こうして、スプリングの反発とチェーンの駆動ストラン
ドによって伝達されたストレスとの間に平衡関係が生ず
る。

しかしながら、このような装置はチェーンの操作におけ
る振動のスプリアスな影響のために、最も不正確な表示
しか与えない。

また、測定されるストレスは、チェーンによって伝達さ
れたものである。もし、自転車がギヤ変換装置を備えて
いるならば、このストレスの同じ値が駆動ホイールに加
わる異なるトルク値に対応するかも知れない。また、こ
のような装置は駆動チェーンにある量の有害な摩擦をも
たらす。

明らかにより有効な解決法の１つは、自転車の駆動ホイ
ールによって伝達されるトルクを測定することにあり、
またこのホイールのハブに直接伝達され、あるいはこの
ハブと関連した他の回転部材に伝達されるトルクを測定
することである。

しかし、回転部材上のトルクを測定することは、もしセ
ンサが直接そこに取付けられていなければ非常に難しい
。事実、このセンサから静止部材にデータを送ることが
必要であり、その結果これらデータは処理され、これに
よって得られた結果が表示される。

さて、回転部材と静止部材間に設けられるべき接続部分
には、自転車の後輪にハブがある場合に克服しなければ
ならない問題が生じる。

（発明が解決しようとする課題） このような理由から、本発明は上述の従来技術の種々の
欠点を防ぐために設計されたトルク測定装置を備える自
転車駆動ホイールを提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の自転車等の駆動ホイ
ールが、スプロケットにより回転駆動される第１部材と
、ハブの固定軸上を軸方向に摺動可能な第２部材との間
に設けられ、かつ前記第１部材およびハブとともに回転
可能に連結され、前記第１，２部材に分け与えられる回
転により前記２つの部材を離すように動かす軸方向スラ
ストを生じさせるようにした１つ又は数個のカム又は同
等品と連結されており、スラストひずみの値を感知する
手段が前記第１．２部材の１つと重なり合うように配置
され、前記感知手段が非回転部分によって支持され、前
記感知手段から生ずるデータから前記ホイールに加えら
れる駆動トルクの値あるいはそれと関連した別の大きさ
を測定するようにした構成を備えている。

このため、本発明によるホイールによって伝達されたト
ルクの測定は、静止部材に対する軸方向のスラストひず
みの値を検出することにより達成される。この測定は回
転部に直接配置されたセンサにより、このトルク値を測
定する際に起りつる種々の問題を避けることができる。

実際、本発明の場合、ホイールは感知データを処理する
システムを有する感知手段と電気的に接続されているの
で、いかなる困難も生じない。

本発明の好適な実施例において、感知手段は駆動機構の
第１回転部材と重なり合うように配置されるとともにボ
ール又はころ状のスラスト軸受がその間に挿入されてい
る。

このような場合、スラストひずみを検出するセンサは、
ホイールハブの固定軸に取付けられた凹部な有する可撓
性ディスクであって、測定装置の回路に接続された１つ
又は数個のひずみゲージを備えているものからなる。

本発明の駆動ホイールのさらなる特徴によれば、駆動機
構の第２部材をホイールハブに回転結合させることが、
駆動方向にのみ働（結合手段によって影響を受けるもの
であり、ハブをフリーホイールとするように十分なクリ
アランスが設けられている。

また、本発明は上記に定義したような駆動ホイールを含
む自転車等を提供することがその目的であり、この自転
車は駆動ホイールに設けられた感知装置から発生するデ
ータを処理しかつそれを示すための手段が備えられてい
る。

（作　用） 上記構成により、本発明は第１，２部材に分け与えられ
る回転により両部材が引き離されることから軸方向スラ
ストを生じ、この軸方向スラストを回転不動とされ第１
，２部材と重−なり合うように配置された非回転部分に
支持された感知手段に伝えることにより、駆動ホイール
に加わる正確な伝達トルクを測定することができる。

（実施例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に示す自転車１は、駆動機構を有する駆動側後輪
２を備えており、駆動機構は上述したように感知手段を
含んでいる。

この駆動機構は、駆動チェーン４を受ける１つ又は数個
のスプロケットからハブ３を駆動する。

自転車のハンドルパー５は、後輪２の駆動機構に設けら
れた感知手段から入力データを処理する装置を含むハウ
ジング６を支持しており、一方このハウジングは得られ
た結果の表示用としてスクリーンを備えている。

通常の方法では、後輪のハブ３はフレーム１のリアフォ
ークの２つの分岐部間に配置された固定軸８の回りに回
転可能に取付けられている。図に示すように、このハブ
を駆動する機構は、駆動チェーン４を受ける一連のスプ
ロケットを含み、チェーン４はハブ３の一方側に配置さ
れている。

これらスプロケット１０の１つはアセンブリ用支持体と
なるスリーブ１１上にねじ込まれている。そしてこのス
プロケット１０はスリーブ１１に回転可能に束ねられた
他のスプロケット１２を所定位置に保持している。

スリーブ１１は外側に位置するグリース封入ボール軸受
１３とその対向側に位置するころ軸受１４によって軸８
の対応する端部の回りに回転可能に取付けられている。

ハブ３を駆動する機構は、複数の長手方向溝がスリーブ
１１の内壁と係合するクラウン支持歯を有する第１回転
部材１５を含み、この部材１５をスリーブ１１に回転可
能に結合している。

リング１６を形成した第２回転部材がクラウン１５とか
み合うように設けられ、また固定軸８に摺動可能に取付
けられている。この２部材１５゜１６は歯又は突起によ
って一体に回転可能に結合され、これらの歯１７．１８
は各々互いに対向する面上に設けられ、２組の歯が共に
かみ合うようになっている。

リング１６はクラウン歯１５に対向する側で、ハブ３と
回転可能に結合されたブツシュ１９とかみ合う、このブ
ツシュ１９はころ軸受２０によって軸８に回転可能に取
付けられている。

ハブ３の対向端には、ボール軸受２２により軸８に対応
する端部に回転可能に取付けられたゲージ２１を備える
。さらに、このゲージ２１は軸方向のスラスト軸受２３
を支え、軸受２３はころ軸受の形式でなり、対応する方
向に加わる軸方向のひずみを支えるためのものである。

結合手段により、ハブ３と結合されているブツシュ１９
がリング１６と回転結合するとフライホイール装置を形
成する。この結合手段はノコ歯形状の２組のかみ合い歯
２４．２５からなり、歯の傾斜は駆動方向にのみ回転結
合が生ずるようになっている。

さらに、これら２部品間には十分なクリアランスがあり
、ブツシュ１９がフライホイール作動においてリングに
対し比較的自由に回転できるとともに、第５図に示すよ
うにブツシュ１９の歯２５がリング１６の歯２４を押し
戻す。圧縮ばね２６は２部材１６．１９間に挿入されて
いるので、装置がフライホイールとして作動するときば
ね２６は押、圧される。

本発明の重要な特徴によれば、結合歯１７．１８の各組
が対向する２部材１５．１６の対向面には、らせん傾斜
部２７が設けられ、これら２部材１５゜１６の回転によ
り互いに対して引離すような軸方向スラストを生じさせ
るようになっている。

しかしながら、２部材１５．１６が互いに対して回転す
るとき軸方向スラストを加えることができる限り、この
らせん傾斜部の代りにいかなる形式のカムを用いてもよ
い。

クラウン１５はハブ３の対向側に静止感知手段を置き、
このクラウン１５に加わるスラスト値を測定できるよう
になっている。

図で示すようにこの感知手段は固定軸８に取付けられた
ひずみゲージ２９を支持している可撓性の凹部を有する
ディスク２８からなる。

この可撓性ディスクは回転に対しては不動であり、静止
ワッシャ３０に対面して配置され、ワッシャ３０はディ
スク２８の内側縁のみに接触するような径となっている
。

反対に可撓性ディスク２８上のクラウン１５からの軸方
向スラストはディスク２８の外周縁領域のみに加わる。

この目的のため、軸方向スラストはベル形状クラウン３
１を介して伝達されるようになっており、このクラウン
３１はディスクの外周領域にのみディスクに対して押圧
する細いリムを有している。

このクラウン３１は可撓性ディスク２８およびそれを支
えるワッシャ３０と同様に回転に対しては不動である。

この理由は、回転クラウン１５がスラスト軸受等を介し
てベル状クラウン３１を押圧するからである。

本実施例では、このスラスト軸受は複数の計３４を配列
した放射状溝を設けたディスク３３で形成された一種の
ころ状軸受である。

さらに、このころ状軸受３３．３４の両側には２つのワ
ッシャ３５．３６が配置されており、第１のワッシャ３
５は回転し、第２のワッシャ３６は静止している。

スプロケット１０．１２のいずれがか駆動チェーン４に
よって駆動されるとき、クラウン１５とリング１６が回
転する。らせん傾斜部２７がこれら２つの部品１５．１
６上に設けられているため、この回転により、リング１
６に対して軸方向スラストが発生する。その結果のこ歯
の波形２４はブツシュ１９の対応する歯２５とかみ合う
、それ故、後輪のハブ３は回転可能に駆動される。

そして、種々の部材１５．１６．１９は第４図に示す配
置関係となる。傾斜部２７の１つに生ずる力Ｆを考慮す
ると、この力Ｆは接線成分Ｆｔと軸方向成分Ｆａとに分
割できることがわかる。

これらの２つの成分の値は明らかに駆動トルク値の関数
である。それ故、センサ２８．２９によって測定される
ものは軸方向成分Ｆａすなわちより詳細にはこの力によ
る反作用である。

実際、傾斜部２７による軸方向スラストはクラウン１５
を介してベル状リング３１によって伝達される。このリ
ング３１は可撓性ディスク２８の外周縁領域を押圧する
一方ディスク２８はその内側縁でのみワッシャ３０に対
して支えられる。

この結果、ディスク２８はひずみゲージ２９によって検
出される屈曲を受ける。

このゲージ２９はワイヤー３７によって上述のハウジン
グ６内に設けられた測定装置に接続される。この測定装
置のダイアグラムが第６図に示されている。

この測定装置には、またホイールハブ３の回転速度を測
定するセンサが接続されている。このセンサはリード型
スイッチ３８とすることが可能で、スイッチの開成はハ
ブ３によって支持された１つ又は数個の磁石３９を通過
させることにより制御される。

このスイッチ３８からの接続ワイヤーはひずみゲージ２
９のワイヤーと同様に固定軸８に設けた長平方向溝内に
配置される。そして、これらのワイヤーは、スプロケッ
ト１０．１２に対立する軸８の端部に位置した固定部４
３に設けられる開口４２を通して現われる。２つのセン
サを測定装置に接続することに対し何ら特別の困難性を
生じない。

第６図のダイヤグラムに示すように、ハウジング６に設
けられた測定装置は、駆動ホイールに伝達されるトルク
を測定するプログラムを含むマイクロプロセッサ−で構
成され、この伝達トルクは駆動機構の回転クラウン１５
により作用する軸方向スラストを検出する手段によって
与えられたデータに基づいている。

この回路は作動アンプ４５とバランス抵抗器４６を含み
、１つ又は数個の電池４７によって作動する、この測定
装置の作動は、ハウジング６の上部に設けられた押ボタ
ンを押すことにより制御される。

ハウジング６はまた測定回路に接続された指針盤７を支
持し、駆動ホイールによって伝達されるトルク値および
／又は自転車の速度値がこの指針盤上に示される。

すでに述べたように、本発明に基づく検出装置の主な利
点は、駆動ホイールに伝達されるトルクの測定が固定さ
れている感知手段に依存するということにある。

回転における駆動トルク値を検出する桟りにこのトルク
の関数である大きさが測定される。この大きさは、本実
施例では２つの回転部材１５．１６間の駆動ひずみの軸
方向成分である。

その結果、感知手段を測定装置に接続することによって
何らの障害も生じない、またホイールハブ用駆動機構内
のこれら感知手段を統合することにおいて何らの困難性
も生じない。

しかしながら、本発明による駆動ホイールお−よびその
駆動機構は種々の変更が可能であることは明らかである
。上述したようにらせん傾斜部２７は駆動機構の２部材
１５．１６の回転の結果としてこれら部材を離すように
押圧する軸方向スラストを生じさせることができるカム
又はリンク機構による他の装置で置換えることができる
。

たとえば、ねじやボール装置を用いることが可能である
し、さらにはローラを備えた装置も可能となるだろう。

一方、感知手段は測定されるべき軸方向スラストを検出
できるものであるなら、個々に設計できるものである。

多分、これらの感知手段は回転するクラウン１５とかみ
合うように配置されることなく、駆動機構のリング１６
と連動させることもできる。

第７図は別の感知手段の実施例を示しており、この感知
手段は伝達トルクを測定する本発明の駆動ホイールに設
けられている。第７図において、第２図の駆動ホイール
と同−又は等価な部分け、符号ａを付けて同一の参照符
号で示される。

上述したようにホイールハブ３ａの駆動機構は第１回転
部材、すなわちチェーンスプロケットを支持するシース
ｌｌａとともに回転するクラウン１５ａを備える。この
クラウン１５ａは上述のクラウン１５と同一のもので、
リング１６ａとともに回転結合される。

リング１６はハブ３ａに取付けたスリーブ１９ａととも
にフリーホイール装置によって結合される。２つの回転
部材１５ａ、　１６ａ間には、これら２部材間に分け与
えられた回転により、クラウン１５ａとリング１６ａを
分離して押圧する軸方向スラストを生ずるカム又はらせ
ん傾斜装置が設けられる。

この機構は第２，３図のいずれかとは異なり、クラウン
１５ａからの軸方向スラストを検出する感知手段は、ハ
ブ３ａの固定軸８ａによって支持されるクラウン５２の
外周縁の凹部に置かれたリング５１の内壁に接着したひ
ずみゲージ５０から成っている。

リング５１はボールレースに対して配置された一連のボ
ール５３によって取り囲まれており、このボールレース
はボール５３の両側でさらに２つの外部リング５４．５
５で形成されている。

外部リング５５はその外側に設けられたグリース封入の
ボール軸受１３ａに対面し、外部リング５４は回転する
クラウン１５ａと重なるように配置されている。

こうして、このクラウン１５ａから固定軸８ａの端部上
の軸受１３ａに向う軸方向スラストはボール５３によっ
て回転方向のスラストに変換される。

それ故、環状ひずみゲージ５０は、この回転スラスト値
を検出することになる。明らかにこのゲージ５０は第１
実施例のゲージ２９と同様にハウジング６に設けられた
測定装置に接続されている。

しかしながら、他の多くの検出装置によってもクラウン
１５が回転駆動されるにつれてクラウンによって与えら
れる軸方向スラストを測定することが可能となるであろ
う。

以上説明したように本発明はその目的として上述した自
転車の駆動ホイールばかりでなく、このようなホイール
を備えた自転車等を提供することであり、そのため本発
明には駆動ホイールに設けられた感知手段から発生する
データの関数としての伝達トルク又はそれに関連した大
きさを測定する装置が設けられている。

（発明の効果） 本発明は自転車の駆動ホイールにスラストひす°みを感
知する手段を第１，２部材の１つと重なり合うように配
置し、両部材間に分け与えられる回転により軸方向スラ
ストを生じさせ、非回転部分によって支持された感知手
段からデータを得るようにしたので、駆動機構のドリフ
トや摩耗に伴う要因等の影響を受けることなく正確に伝
達トルク等を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る駆動ホイールを備えた自転車の側
面図、 第２図はこの自転車の後輪のハブおよびそのハブ駆動機
構の軸方向断面図、 第３図はこの駆動機構の主要部および伝達トルク値を検
出するためにそこに設けられた部材の組立斜視図、 第４図はホイールハブを駆動する機構を示す部分断面図
、 第５図は駆動機構に設けられたフリーホイール装置の作
動を示す第４図と同様の部分断面図、 第６図は第１図の自転車に設けたデータ処理および表示
装置の概略図、 第７図は本発明の駆動ホイールの駆動機構の変形例を示
す軸方向断面図である。 ｌ・・・自転車　　　　　２・・・後輪３・・・ハブ　
　　　　１０．１２・・・スプロケット１５．１５ａ　
・・・第１部材　１６，１６ａ　−第２部材２７・・・
らせん傾斜部（カム） ２９・・・ひずみゲージ（感知手段）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動チェーンを取付けたスプロケットにより駆動
   ホィールのハブを駆動する機構が、伝達トルク又はそれ
   と関連した大きさを測定する装置を含み、スプロケット
   （１０、１２）により回転駆動される第１部材（１５、
   １５ａ）と、ハブの固定軸（８）上を軸方向に摺動可能
   な第２部材（１６、１６ａ）との間に設けられ、かつ前
   記第１部材（１５、１５ａ）およびハブ（３）とともに
   回転可能に連結され、前記第１、２部材に分け与えられ
   る回転により前記２つの部材を離すように動かす軸方向
   スラストを生じさせるようにした１つ又は数個のカム（
   ２７）又は同等品があり、 スラストひずみの値を感知する手段（２９）が前記第１
   、２部材の１つと重なり合うように配置され、前記感知
   手段（２９）が非回転部分によって支持され、前記感知
   手段から生ずるデータから、前記ホィールに加えられる
   駆動トルクの値あるいはそれと関連した別の大きさを測
   定するようにしたことを特徴とする自転車等の駆動ホィ
   ール。
2. （２）第２部材（１６、１６ａ）が前記ホィールのハブ
   （３）とともに回転可能に連結することにより、駆動方
   向にのみ作動する単一方向結合手段が形成され、該結合
   手段間にハブをフリーモードで回転可能にする十分なク
   リアランスが設けられていることを特徴とする請求項１
   記載の駆動ホィール。
3. （３）感知手段（２９）が駆動機構の第１回転部材（１
   ５、１５ａ）と同軸に配置され、ボール又はころのスラ
   スト軸受が、感知手段と第１回転部材間に挿入されてい
   る請求項１記載の駆動ホィール。
4. （４）スラストひずみを感知する手段が、ハブ（３）の
   固定軸（８）上に不動にされ凹部を有する可撓性ディス
   ク（２８）でなり、該ディスクは測定回路に接続される
   １つ又は数個のひずみゲージを支持していることを特徴
   とする請求項３記載の駆動ホィール。
5. （５）可撓性ディスク（２８）は固定ワッシャー（３０
   ）に対面するひずみゲージ（２９）を支持し、固定ワッ
   シャーは前記ディスク（２８）よりも小さい径を有し、
   前記ディスクの内縁にのみ接触する一方、駆動機構の第
   １回転部材（１５）が前記ディスクの外周縁にのみ接す
   るベル型リング（３１）を介して前記ディスクに対して
   押圧することを特徴とする請求項４記載の駆動ホィール
   。
6. （６）カムが、第１部材（１５）の回転用として駆動機
   構の第２部材（１６）に軸方向スラストを加えるために
   設けられ、スパイラル形又は同等形状を有する補完傾斜
   面（２７）からなり、この傾斜面は前記第１、第２部材
   （１５、１６）の対向面上に設けられている請求項１〜
   ５のいずれか１つに記載の駆動ホィール。
7. （７）駆動機構の第１回転部材（１５）の回転の結果と
   して軸方向スラストを生じる補完傾斜面（２７）は、第
   １、第２部材をともに回転させるために両者をかみ合わ
   せる接触部材の歯又は突起（１８）を設けている請求項
   ６記載の駆動ホィール。
8. （８）スプロケット（１０、１２）によって回転駆動さ
   れる第１部材がスプロケット（１０、１２）を支持する
   スリーブ（１１）の内壁に設けられた溝に係合するスプ
   ライン軸を支持するクラウン歯を有することを特徴とす
   る請求項１〜７記載の駆動ホィール。
9. （９）スラストひずみを検出する感知手段は駆動機構の
   第１回転部材（１５）からの軸方向スラストに応答して
   半径方向ひずみを加えるようにした１つの部材に重ね合
   わすように配置される環状のひずみゲージ（５０）であ
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の駆
   動ホィール。
10. （１０）上記請求項１〜９のいずれか１つに記載の駆動
    ホィールを備え、前記ホィールのハブ内部に設けられた
    感知手段（２９、５０）が、自転車のハンドルバーに取
    付けられたハウジング（６）内に設けた測定装置と接続
    され、かつその測定結果の表示用ダイヤルを含んでいる
    ことを特徴とする自転車又はその同等物。