JPH05213260A - 自転車 - Google Patents

自転車

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JPH05213260A
JPH05213260A JP4311511A JP31151192A JPH05213260A JP H05213260 A JPH05213260 A JP H05213260A JP 4311511 A JP4311511 A JP 4311511A JP 31151192 A JP31151192 A JP 31151192A JP H05213260 A JPH05213260 A JP H05213260A
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JP
Japan
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gear ratio
gear
sprocket
bicycle
flat
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JP4311511A
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English (en)
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David J Runnels
デイビッド・ジェー・ルンネルズ
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M9/00—Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like
    • B62M9/04—Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like of changeable ratio
    • B62M9/06—Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like of changeable ratio using a single chain, belt, or the like
    • B62M9/08—Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like of changeable ratio using a single chain, belt, or the like involving eccentrically- mounted or elliptically-shaped driving or driven wheel; with expansible driving or driven wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M9/00—Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like
    • B62M2009/002—Non-circular chain rings or sprockets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H35/00—Gearings or mechanisms with other special functional features
    • F16H2035/003—Gearings comprising pulleys or toothed members of non-circular shape, e.g. elliptical gears
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/1987—Rotary bodies
    • Y10T74/19884—Irregular teeth and bodies

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Gear Transmission (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 菱形（好適には６０度−１２０度）駆動スプ
ロケット歯車と、後方被駆動輪に掛けられた円形被駆動
スプロケットを有する自転車が開示されている。 【構成】 この歯車装置は駆動スプロケットから被駆動
歯車に達する総合的動力入力変化する。駆動スプロケッ
トの形状と駆動ペダルの位置は、運転者の脚の運動の水
平部分の間は低い歯車比となり、脚の垂直運動の間は高
い歯車比となるように歯車比を変化する。菱形歯車によ
る歯車比は運転者の脚の水平運動の間はほぼ一定で、脚
の垂直運動に近づいて垂直運動になると歯車比は急激に
変化する。主にして自転車について菱形歯車を示した
が、歯車比の変化で往復運動から垂直運動に変転する他
のシステムにも使用できよう。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に自転車と駆動スプ
ロケット歯車、特に水平方向から垂直方向にペダル運動
が変わる際に急激な歯車比の変化を与える形状の駆動ス
プロケット歯車を有する自転車に関連する。
【０００２】
【従来の技術】１９世紀の第３四半期に、後輪の歯車を
駆動するペダル駆動スプロケット歯車を有する自転車が
開発された。自転車に乗る際に運転者がペダルを完全に
一回転する時、動力伝達サイクルの一部は他の部分より
有効に作用する。特に一方のペダルが上部回転位置かつ
中心より僅かに前方位置にある時は、運転者はスプロケ
ットを駆動するトルクを加えるかなりの力で強い下向き
の力を容易に加えることができる。他方、ペダルが直下
位置にある時はスプロケットに殆どトルクが加えられな
い。従って垂直運動間は力が有効に加えられ水平運動間
には殆ど力が加えられない。
【０００３】駆動スプロケット歯車の形状を楕円形に形
成して歯車関係を改善する試みが１９世紀の間に行なわ
れた。この方法は駆動スプロケットのある部分では性能
の改善が行なわれた。現在までに楕円形又は長楕円形の
歯車を有する種々の形式の自転車に関する幾つかの特許
がある。
【０００４】米国特許第５１３,５８９号（メッツ名
義）明細書は楕円形駆動スプロケット歯車を有する自転
車を示す。
【０００５】米国特許第５１５,４４９号（スコベル名
義）は長楕円形駆動スプロケットを有する自転車を示
す。
【０００６】米国特許第５３０,０５８号（シャウム名
義）は駆動チエーンの張力の変動を補償する装置を備え
た楕円形駆動スプロケット歯車を有する自転車を示す。
【０００７】米国特許第８８５,０８２号（デラロイッ
クス名義）は楕円形駆動スプロケット歯車及び運動間の
駆動チェーンの弛緩を補償する装置を有する別型式の自
転車を示す。
【０００８】米国特許第３,２５９,３９８号（ハッタン
名義）は楕円形スプロケット及び別の運転状態における
駆動チェーンの弛緩を補償する装置を有する別形式の自
転車を示す。
【０００９】米国特許第３,８９９,９３２号（ダーハム
名義）は駆動チエーンの脱線を防止する特殊の歯形を有
する別形式の楕円形駆動歯車を示す。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の一目
的は、改良された設計と構造の駆動スプロケット歯車を
有する新規な自転車を提供することにある。
【００１１】他の一目的は、歯車比がスプロケット回転
間に変わる設計と構造のスプロケット歯車を有する新規
な自転車を提供することにある。
【００１２】他の一目的は、従来の円形歯車を被駆動後
輪上で駆動する新規な設計と構造の駆動スプロケットを
有する新規な自転車を提供することにある。
【００１３】他の一目的は、複数の平坦部が複数の湾曲
部によって連結され、歯車比が運転者の脚の水平運動間
はほぼ一定で、この脚が垂直運動に近づいて垂直運動に
なると歯車比が急激に変化する駆動スプロケットを有す
る新規な自転車を提供することにある。
【００１４】他の一目的は、複数の平坦部が複数の湾曲
部によって連結され、歯車比が運転者の脚の運動が垂直
運動に近づいて垂直運動になると急激に変化する駆動ス
プロケットを有する新規な自転車を提供することにあ
る。
【００１５】他の一目的は、菱形の設計構造の駆動スプ
ロケットを有する新規な自転車を提供することにある。
【００１６】他の一目的は、被駆動後輪上の従来の円形
歯車を駆動する菱形の設計構造の駆動スプロケットを有
する新規な自転車を提供することにある。
【００１７】本発明の更に他の一目的は、複数の平坦部
が複数の湾曲部によって連結され、運転者の脚の水平運
動間は歯車比がほぼ一定で、垂直運動に近づいて垂直運
動になると歯車比が急激に変化する菱形駆動スプロケッ
ト歯車を有する新規な自転車を提供することにある。
【００１８】本発明の他の諸目的は下記の説明から明ら
かであろう。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的は、
複数の湾曲部によって連結された複数の平坦部を有する
菱形駆動スプロケット歯車と、後方被駆動輪に掛けられ
た円形被駆動スプロケットとを有する新規な自転車によ
って達成される。歯車装置は、駆動スプロケットから被
駆動歯車に達する総合的動力入力を変化する。運転者の
脚の運動の水平部分間は低歯車比となり、運転者の脚の
運動の垂直部分間は高歯車比となるように、駆動スプロ
ケットの形状と駆動ペダルの位置によって歯車比が変化
する。菱形歯車による歯車比は運転者の脚の水平運動間
はほぼ一定で、脚の垂直運動に近づいて垂直運動になる
と急激に変化する。主として自転車について菱形歯車を
示すが、歯車比の変化で往復運動を回転運動に変換する
他のシステムにも使用できる。
【００２０】
【作用】本発明は、スプロケット歯車の運動間に所望の
複数の地点で歯車比が急激に変化するように複数の湾曲
部によって複数の明瞭な平坦部が連結された駆動スプロ
ケット歯車を使用する点で従来の技術と異なる。本発明
は、菱形駆動スプロケット歯車と、後方被駆動輪に掛け
られた円形被駆動スプロケットとを有する点で従来技術
とは異なる自転車を提供するものである。この歯車装置
では駆動スプロケットから被駆動歯車に達する綜合的動
力入力が変化する。駆動スプロケットの形状と駆動ペダ
ルの位置は、低歯車比は運転者の脚の運動の水平部分間
に使用され、高歯車比は運転者の脚の運動の垂直部分間
に使用されるように歯車比を変化する。菱形歯車の歯車
比は運転者の脚の水平運動間は一定で、脚が垂直運動に
近づいて垂直運動になると急激に変化する。主として自
転車について菱形歯車を示すが、歯車比を往復運動から
回転運動に変換する他のシステムにも使用できよう。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図３について
説明する。
【００２２】図１に示す自転車用のスプロケット歯車１
０は、車軸、クランクアーム及びペダルの連結のための
中央孔１１と放射状の細長い孔１２とを有する。スプロ
ケット歯車は、好適には鋭角端が６０度、鈍角端が１２
０度であるいわゆる６０度−１２０度菱形状で、平らな
側辺、即ち平坦部１３、１４、１５及び１６を有する硬
質の金属シートその他、例えば、プラスチックシートで
作られる。湾曲部１７は側辺１３と１４を連結する。湾
曲部１８は平坦部１５と１６を連結する。湾曲部１９は
平坦部１３と１６を連結する。湾曲部２０は平坦部１４
と１５を連結する。
【００２３】複数の等間隔の歯２１は歯車１０の全周に
設けられる。歯車１０は湾曲部１７の中心から湾曲部１
８の中心に達する長軸を有する。歯車１０は湾曲部１９
の中心から湾曲部２０の中心に達する短軸を有する。
【００２４】図２と図３は、自転車２１に使用する菱形
のスプロケット歯車１０が異なる動作段階にある状態を
示す。自転車２１は通常のフレーム２２、シート２３及
びハンドルバー２４を有する。フレーム２２は前輪及び
地上を走行する後輪２６上に支持される。
【００２５】１対のペダル２７と２８は、フレーム２２
上のジャーナル軸受３１でクランクアーム２９と３０に
支持される。菱形スプロケット歯車１０はクランクアー
ム２９と３０に固定されかつクランクアーム２９と３０
で操作され、フレーム２２上で回転するようにジャーナ
ル軸受３１で支持される。クランクアーム２９と３０は
スプロケットの長軸の前方約４５度の方向にある溝孔１
２内に固定される。
【００２６】スプロケット歯車１０の菱形構造とスプロ
ケット歯車に対するペダル２７と２８及びクランクアー
ム２９と３０の相対的位置によって、自転車運転者が加
える力は、スブロケットの長輪がストロークの頂上にあ
る時最大になり、短軸がストロークの頂上にある時は最
小になる。このため運転者は最高歯車比で最大の力を後
輪に加え、また最低歯車比で最小の力を後輪に加えるこ
とができる。長軸上のスプロケット歯と後方の被駆動歯
との間の高い歯車比と、短軸上のスプロケット歯と後方
の被駆動歯との間の低い歯車比とにより構成される明ら
かに異なる２つの歯車比が存在する。
【００２７】この歯車比は急激に変化し、長楕円形又は
楕円形スプロケット歯車で発生するような連続的変化で
はない。
【００２８】本発明の動作は前記説明から明らかである
が、菱形のスプロケット歯車の利点を更によく理解する
ため下記に再説する。
【００２９】スプロケット歯車の利点を理解するため
に、通常の自転車の円形スプロケット歯車の動作方法を
理解する必要がある。円形スプロケット歯車で得られる
動力要求は、自転車が一定速度を維持する限り、ペダル
を駆動する円形運動の全四分円で同一である。最良の動
力源は、エンジンのピストン運動と同様に、自転車の運
転者の脚による上下ストローク運動である。脚の前後の
運動は殆ど動力を発生しない。
【００３０】本発明の菱形のスプロケット歯車１０は、
ペダルが下向き運動から水平運動に円形運動する時、ス
ブロケットの直径は小さくなり、脚の前後の運動におけ
る動力要求に明白な減少が起こる。逆にペダルが水平力
の印加から垂直力の印加に円形運動する時、ストローク
の頂上で十分な動力増加が要求され、この時点でサイク
ルの最大力が得られる。
【００３１】ペダル２７と２８、クランクアーム２９と
３０が長軸の前方（好適には４５度前方）に置くと、最
大モーメントのアームを最大の円形力、即ち最大トルク
を加える点まで下向き力の印加を移動することが可能で
ある。スプロケット歯車１０の長軸から４５度前方のペ
ダルの位置は自転車の運転者が発生する動力が大きく増
加するが、これはペダルの最適位置をどこに求めるかが
未だ知られていない。
【００３２】駆動チェーンの速度は菱形スプロケット歯
車１０の歯を通過する時かなり変化することに注意すべ
きである。これは駆動の所望の反復的負荷力付加と負荷
力解放を発生する。スプロケット歯車１０を使用して、
スプロケットの平らな側面が駆動チェーンを運動させる
際に何ら歯車比に変化を生ぜず、力がスプロケット歯車
の長軸から伝達される際には急激に増加し、力がスプロ
ケット歯車の短軸から伝達される際に急激に減少する。
円形スプロケットの同数の歯に対して同一の速度と走行
距離に対して低い総合的動力入力要求の実質的結果が得
られる。
【００３３】菱形スプロケット歯車１０は、運転者の脚
が前後に運動する時、低い歯車比（スプロケット歯車の
短軸の後方の被駆動輪に対する比率）で動作し、脚が上
下に運動する時、高い歯車比で動作する。低い歯車比と
高い歯車比との間の変化は、歯車比が常に変化する長楕
円形又は楕円形歯車に比べて急激に発生する。菱形スプ
ロケット歯車の平坦部上の歯は負荷伝達用ではなく、所
望により省略できる。
【００３４】上記の好適実施例について特に本発明を説
明したが、特許請求の範囲内でこれ以外の実施が可能で
あることは当然である。
【００３５】
【発明の効果】 菱形の駆動スプロケット歯車を使用す
ることにより、運転者の脚の水平運動と垂直運動の変化
によって被駆動歯車に対する歯車比が急激に変化して総
合的動力が効率よく印加される効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の湾曲部によって連結された複数の平坦部
を有する菱形駆動スプロケット歯車の平面図
【図２】円形後方スプロケット歯車を駆動する図１の菱
形歯車及びペダルが下向きに運動される時に最大歯車比
の点にある菱形歯車とペダルを有する自転車の側面図
【図３】円形後方スプロケット歯車を駆動する図１の菱
形歯車及びペダルが水平方向に動かされる時に最小歯車
比の点にある菱形歯車とペダルを有する自転車の側面図
【符号の説明】
１０．．．スプロケット歯車、 １１．．．中心孔、
１２．．．放射状方向の溝孔、 １３、１４、１５、１
６．．．平坦部、 １７、１８、１９、２０．．．湾曲
部、 ２１．．．自転車、 ２３．．．サドル、 ２
５．．．前輪、２６．．．後輪、 ２７、２８．．．ペ
ダル、 ２９、３０．．．クランクアーム、 ３
３．．．駆動チェーン、

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フレーム、シート及びハンドルバーと、 フレームに支持された後輪と、 フレーム上に支持されかつハンドルバーで制御される前
    輪と、 フレーム上に支持されかつ後輪と共に回転駆動される被
    駆動歯車と、 フレーム上に回転可能に支持されたスプロケット歯車
    と、 クランクアーム及びこれに支持されかつフレーム上に回
    転運動可能に支持され、スプロケット歯車に固着されペ
    ダル動作運動でスプロケット歯車を回転するペダルと、 スプロケット歯車と被駆動歯車を包囲しかつ相互連結し
    てこれらの間で運動と力を伝達する駆動チェーンとを含
    み、 スプロケット歯車は、自転車運転者の脚によりペダルが
    前後に動く間低い歯車比を与え、自転車運転者の脚によ
    るペダルが上下に動く間高い歯車比を与え、歯車比は低
    歯車比から高歯車比に急激に変化しかつ高歯車比から低
    歯車比に急激に変化することを特徴とする自転車。
  2. 【請求項２】 スプロケット歯車は硬質シート金属又は
    類似材料で作られた「請求項１」に記載の自転車。
  3. 【請求項３】 スプロケット歯車は硬質シート金属又は
    類似材料で作られかつ６０度−１２０度の菱形状である
    「請求項１」に記載の自転車。
  4. 【請求項４】 スプロケット歯車は周辺に一定間隔離れ
    た複数の平坦部と、平坦部を連結する複数の湾曲部とを
    有し、駆動チエーンを駆動するときに平坦部では本質的
    に歯車比が変化せず、自転車のペダルの回転間の選択さ
    れた地点で歯車比が低い歯車比かつ高い歯車比に急激に
    変化する「請求項１」に記載の自転車。
  5. 【請求項５】 スプロケット歯車は硬質シート金属又は
    類似物質で作られ、周辺に一定間隔離れた複数の平坦部
    と、平坦部を連結する複数の湾曲部と、周辺に均一の大
    きさでかつ一定間隔離れた多数の歯を有し、平坦部が駆
    動チェーンを駆動するとき本質的に歯車比が変化せず、
    自転車のペダルの回転の選択された複数の地点で歯車比
    が低歯車比に急激に変化しかつ高歯車比に急激に変化す
    る「請求項１」に記載の自転車。
  6. 【請求項６】 スプロケット歯車は菱形状である「請求
    項１」に記載の自転車。
  7. 【請求項７】 スプロケット歯車は菱形状で、その周辺
    に一定間隔離れた複数の平坦部と、平坦部を連結する複
    数の湾曲部とを有し、平坦部が駆動チェーンを駆動する
    時は本質的に歯車比が変化せず、自転車のペダルの回転
    の複数の特定の地点で低歯車比に急激に変化しかつ高歯
    車比に急激に変化する「請求項１」に記載の自転車。
  8. 【請求項８】 スプロケット歯車が硬質のシート金属又
    は類似物質で菱形状に作られ、周辺に一定間隔離れた複
    数の平坦部と、平坦部を連結する複数の湾曲部とを有
    し、平坦部が駆動チェーンを駆動する時は本質的に歯車
    比が変化せず、自転車のペダルの回転の複数の特定の地
    点で、歯車比が低歯車比に急激に変化しかつ高歯車比に
    急激に変化する「請求項１」に記載の自転車。
  9. 【請求項９】 スプロケット歯車は硬質のシート金属又
    は類似材料で菱形状に作られ、その周辺に一定間隔離れ
    て複数の平坦部と、平坦部を連結する複数の湾曲部と、
    その周辺に一定間隔離れて複数の歯を有し、平坦部が駆
    動チェーンを駆動する時は本質的に歯車比が変化せず、
    自転車のペダルの回転の選択された複数の地点で歯車比
    が低歯車比に急激に変化しかつ高歯車比に急激に変化す
    る「請求項１」に記載の自転車。
  10. 【請求項１０】 スプロケット歯車は６０度−１２０度
    の菱形で、その周辺に複数の一定間隔の平坦部と、平坦
    部を連結する複数の湾曲部とを有し、平坦部が駆動チェ
    ーンを駆動する時は本質的に歯車比が変化せず、自転車
    のペダルの回転の選択された複数の地点で歯車比が急激
    に低歯車比に変化しかつ高歯車比に急激に変化する「請
    求項１」に記載の自転車。
  11. 【請求項１１】 スプロケット歯車は６０度−１２０度
    の菱形で、硬質のシート金属又は類似材料で作られ、そ
    の周辺に一定間隔離れて複数の平坦部とそれらの平坦部
    を連結する湾曲部を有し、平坦部が駆動チェーンを駆動
    する時は本質的に歯車比が変化せず、自転車のペダルの
    回転の選択された複数の地点では歯車比が急激に低歯車
    比に変化する「請求項１」に記載の自転車。
  12. 【請求項１２】 スプロケット歯車は６０度−１２０度
    の菱形で、硬質のシート金属又は類似材料で作られ、そ
    の周辺に一定間隔離れて複数の平坦部と、これらの平坦
    部を連結する湾曲部、及びその周辺に均一の大きさを有
    しかつ一定間隔離れて複数の歯を有し、平坦部が駆動チ
    ェーンを駆動する時は歯車比が本質的に変化せず、自転
    車のペダルの回転の選択された複数の地点で歯車比が急
    激に低歯車比に変化しかつ急激に高歯車比に変化し、運
    転間に駆動チェーンが本質的に弛緩しない「請求項１」
    に記載の自転車。
  13. 【請求項１３】 スプロケット歯車は硬質シート金属又
    は類似材料で作られ、形状が菱形で周辺に一定間隔離れ
    た複数の平坦部とこの平坦部を連結する複数の湾曲部及
    び周辺に同じ大きさで被駆動歯車の歯と同じ一定間隔離
    れた歯を有し、平坦部が駆動チエーンを駆動する時は本
    質的に歯車比が変化せず、自転車のペダルの回転の選択
    された複数の地点で歯車比が低歯車比にかつ高歯車比に
    急激に変化し、運転間に駆動チエーンに本質的に弛まな
    い「請求項１」に記載の自転車。
  14. 【請求項１４】 硬質シート金属又は類似物質で作ら
    れ、等間隔離れて複数の歯車歯を有し、かつ１つの地点
    では高歯車比を有し、別の１つの地点では低歯車比を有
    し、低歯車比から高歯車比に急激に変化しかつ高歯車比
    から低歯車比に歯車比が急激に変化することを特徴とす
    るスプロケット歯車。
  15. 【請求項１５】 シート金属又は類似物質はその周辺に
    一定間隔離れた複数の平坦部と、平坦部を連結する複数
    の湾曲部を有し、平坦部が駆動チェーンに係合する１つ
    の地点では本質的に歯車比が変化せず、スプロケット歯
    車の回転の選択された複数の地点で歯車比が低歯車比に
    急激に変化しかつ高歯車比に急激に変化する「請求項１
    ４」記載のスプロケット歯車。
  16. 【請求項１６】 シート金属又は類似物質は６０度−１
    ２０度の菱形状で、周辺に一定間隔離れた複数の歯を有
    する「請求項１４」記載のスプロケット歯車。
JP4311511A 1991-11-22 1992-11-20 自転車 Pending JPH05213260A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US79636391A 1991-11-22 1991-11-22
US796,363 1991-11-22

Publications (1)

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ID=25168025

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JP4311511A Pending JPH05213260A (ja) 1991-11-22 1992-11-20 自転車

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US (1) US5882025A (ja)
EP (1) EP0543527B1 (ja)
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