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JPS6243907B2 - - Google Patents
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JPS6243907B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6243907B2
JPS6243907B2 JP57115837A JP11583782A JPS6243907B2 JP S6243907 B2 JPS6243907 B2 JP S6243907B2 JP 57115837 A JP57115837 A JP 57115837A JP 11583782 A JP11583782 A JP 11583782A JP S6243907 B2 JPS6243907 B2 JP S6243907B2
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JP
Japan
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pitch diameter
torque
diameter portion
chain gear
maximum
Prior art date
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Application number
JP57115837A
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Japanese (ja)
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JPS596186A (en
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Masashi Nagano
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Shimano Inc
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Shimano Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62M9/105Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like of changeable ratio using a single chain, belt, or the like involving different-sized wheels, e.g. rear sprocket chain wheels selectively engaged by the chain, belt, or the like involving front sprocket chain-wheels engaged by the chain, belt or the like
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    • B62M2009/002Non-circular chain rings or sprockets

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自転車用ギヤクランク装置のチエンギ
ヤ詳しくは、クランク軸と1対のクランクアーム
及びチエンギヤとから成るギヤクランク装置のチ
エンギヤに関するもので、目的は、ペダリングに
おいて、最高の仕事率が得られ、運転者に与える
肉体的な負担を軽減でき、かつ、ぎくしやく感の
ない円滑なペダリングを可能にする点にある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a chain gear of a gear crank device for a bicycle. More specifically, the present invention relates to a chain gear of a gear crank device consisting of a crankshaft, a pair of crank arms, and a chain gear. It is possible to obtain a high work rate, reduce the physical burden on the driver, and enable smooth pedaling without a jerky feeling.

一般に、自転車におけるギヤクランク装置は自
転車のボトムブラケツトに装着すると共に後輪ハ
ブに設けるリヤチエンギヤとの間に駆動チエンを
張設して、前記クランクアームに設けるペダルの
踏込みで、そのトルクを前記チエンギヤから駆動
チエンを介してリヤチエンギヤに伝え、後輪を駆
動して自転車を進行させるべく成している。
In general, a gear crank device for a bicycle is attached to the bottom bracket of the bicycle and has a drive chain stretched between it and a rear chain gear provided on the rear wheel hub, and when a pedal provided on the crank arm is depressed, the torque is transferred from the chain gear. The signal is transmitted to the rear chain gear via the drive chain to drive the rear wheels and propel the bicycle.

そして、ペダルの踏込時、即ちペダリング時、
運転者はペダルを前記クランク軸の軸中心の周り
を回転させるのであるが、足の運動をみれば、歩
行時と同様振子運動に類似した動きをしている。
換言すると振子運動と同様支点と重心点との長さ
を基にして固有の周期及び、速度のパターンをも
つている。
When the pedal is depressed, that is, when pedaling,
The driver rotates the pedals around the axis of the crankshaft, and looking at the movement of the feet, the movement is similar to a pendulum movement, similar to when walking.
In other words, like pendulum motion, it has a unique period and speed pattern based on the length between the fulcrum and the center of gravity.

又一方、運転者がシートに座つてペダル駆動す
る場合、運転者の足から出力される足のトルク
は、第3図鎖線のごとくペダリング周期における
ペダル位置により、即ち、クランクアームが、そ
の上下死点近くに位置する場合と、上下死点間の
領域に位置する場合とで変化し、前記クランクア
ームが、前記上下死点間の領域で、上死点からク
ランクアームの駆動回転方向前方に約70゜±5゜
回転したとき最大となり、上下死点近くで最小と
なるのである。
On the other hand, when the driver sits on the seat and drives the pedals, the torque output from the driver's feet depends on the pedal position during the pedaling cycle, as shown by the chain line in Figure 3. In the area between the top and bottom dead centers, the crank arm moves approximately forward in the drive rotation direction of the crank arm from the top dead center in the area between the top and bottom dead centers. It reaches its maximum when rotated by 70°±5°, and reaches its minimum near the vertical dead center.

これは、ペダリングにおける足の動きと、足の
動きに関連するペダル位置とによるもので、自転
車の大きさ、形式が変化しても、また、筋出力の
異なる運転者であつても同じような傾向で現出す
るのである。
This is due to the movement of the legs during pedaling and the position of the pedals related to the movement of the legs, and this is the same even if the size and type of bicycle changes, and even if riders have different muscle outputs. It emerges as a result of trends.

所で、楕円形のチエンギヤにおいては、該チエ
ンギヤの各歯ごとのピツチ径を変更でき、従つて
リヤチエンギヤを一定とした場合にそのギヤ比を
変更できることから、前記チエンギヤをフロント
チエンギヤとして用いる場合、ペダリングにおい
て最大トルクが得られる領域では、このトルクを
利用してより多くの仕事が行なえるようにするた
め最大ギヤ比とし、最小トルクしか得られない上
下死点では、最小ギヤ比とすることが考えられ
る。
By the way, in the case of an oval chain gear, the pitch diameter of each tooth of the chain gear can be changed, and therefore, when the rear chain gear is kept constant, the gear ratio can be changed, so when the chain gear is used as a front chain gear, In the region where the maximum torque can be obtained during pedaling, the maximum gear ratio is set so that more work can be done using this torque, and at the top and bottom dead center where only the minimum torque can be obtained, the minimum gear ratio is set. Conceivable.

しかしながら、以上の如く構成すると、前記最
大トルクが得られる領域、即ち、上下死点から駆
動回転方向前方に約70゜±5゜変位した領域で
は、最大ギヤ比とするから、ペダリングの周速が
遅くなり、仕事率が悪くなるし、上下死点では、
最少ギヤ比とするからペダリングの周速が早くな
るのであるから、却つて運転者に肉体的な負担を
与えることになるのである。
However, with the above configuration, in the region where the maximum torque is obtained, that is, in the region displaced approximately 70°±5° in the drive rotation direction from the vertical dead center, the maximum gear ratio is set, so the circumferential speed of pedaling is It will be slower, the work rate will be worse, and at top and bottom dead center,
Since the minimum gear ratio increases the circumferential speed of pedaling, this actually puts a physical burden on the driver.

即ち、ペダリングにおける足の動きから、前記
上下死点間の領域では、足を動かすに必要な消費
エネルギーを少なくでき、しかも筋出力を最大に
出せるのであるから、ペダリングの周速が早くな
るごとくすれば、仕事率=トルク×速度の関係か
ら、仕事率を向上できるにも拘わず、この領域で
遅くするのであるから仕事率は逆に悪くなるので
あり、また、上下死点近くでは、足を動かすに必
要なエネルギーが前記上下死点間の領域より増大
するから、この上下死点近くでペダリングの周速
を遅くなるごとくすれば、もともと筋出力が出せ
ない上下死点近くにおいては、筋肉への負担を少
なくできるのであるが、上死点では早くするので
あるから、筋肉への負担を更に増大することにな
るのである。
In other words, from the movement of the legs during pedaling, in the area between the top and bottom dead centers, the energy consumption required to move the legs can be reduced, and the muscle output can be maximized, so the faster the circumferential speed of pedaling, the faster the energy consumption will be reduced. For example, from the relationship of power = torque x speed, even though the power can be improved, since the speed is slowed down in this region, the power becomes worse. Since the energy required to move the is greater than the area between the vertical dead center, if the circumferential speed of pedaling is slowed down near the vertical dead center, the muscles will not be able to produce muscle output near the vertical dead center, where muscle output cannot be produced in the first place. This can reduce the strain on the muscles, but since the top dead center is reached earlier, the strain on the muscles is further increased.

本発明は、以上の如くペダリングにおいて、足
の動きには、所定の周期と速度パターンがありこ
れらパターンにマツチしない動作を与えることに
より、筋出力のピークが増大し、同じ仕事におい
ても運転者に余分な肉体的負担を与えることを見
出して発明したのである。
As described above, in pedaling, the foot movements have a predetermined cycle and speed pattern, and by giving motions that do not match these patterns, the peak of muscle output increases, and the driver can improve the performance even during the same task. He invented it after discovering that it imposes an extra physical burden.

即ち、本発明は、ペダリングに際し、足のトル
クが増大するとき、ペダリングの周速をトルクの
増加変化に対応して早くすれば仕事率を向上で
き、また、前記トルクが最大値から減少するとき
ペダリングの周速をトルクの減少変化に対応して
遅くすれば筋肉への負担を小さくできることに着
目し、チエンギヤを、異なるピツチ径をもつた非
円形とし、その最大ピツチ径部分と該最大ピツチ
径部分に対し駆動回転方向後方の最小ピツチ径部
分との2等分線より前記クランクアームの駆動回
転方向前方で、かつ、前記最大ピツチ径部分より
駆動回転方向後方に前記クランクアームを位置さ
せて結合したとき、該クランクアームの結合位置
に対し駆動回転方向前方で、前記最大ピツチ径部
分から駆動回転方向後方の最小ピツチ径部分に至
るピツチ径の変化率を、前記最小ピツチ径部分か
ら前記クランクアームの結合位置に対し駆動回転
方向前方の最大ピツチ径部分に至るピツチ径の変
化率より大きくしたことを特徴とするのである。
That is, in the present invention, when pedaling, when the torque of the foot increases, the power can be improved by increasing the peripheral speed of pedaling in accordance with the increase in torque, and when the torque decreases from the maximum value. Focusing on the fact that the burden on the muscles can be reduced by slowing the circumferential speed of pedaling in response to the decreasing change in torque, the chain gear is made non-circular with different pitch diameters, and the maximum pitch diameter portion and the maximum pitch diameter are The crank arm is located forward in the driving rotational direction of the crank arm from a bisector of a minimum pitch diameter portion rearward in the driving rotational direction and rearward in the driving rotational direction from the maximum pitch diameter portion. Then, the rate of change in the pitch diameter from the maximum pitch diameter portion forward in the drive rotation direction to the minimum pitch diameter portion rearward in the drive rotation direction with respect to the coupling position of the crank arm is determined from the minimum pitch diameter portion to the crank arm It is characterized in that the rate of change in pitch diameter is greater than the maximum pitch diameter portion at the front in the driving rotation direction with respect to the coupling position.

即ち、大きいトルクが得られる上下死点間の領
域では、ピツチ径をトルクの変化に対応して小さ
くしてペダリングの周速をトルクの変化に対応し
て増大し、前記領域における足の動きがもつ速度
パターンにマツチさせると共に、小さいトルクし
か得られない上下死点では、ピツチ径をトルクの
変化に対応して大きくしてペダリングの周速をト
ルクの変化に対応して遅くし、前記上下死点にお
ける足の動きがもつ速度パターンにマツチさせ、
ペダリング1周期における仕事率を向上し、仕事
量に対する筋出力量(エネルギー消費量)を減少
し、運転者に与える肉体的な負荷を軽くしながら
ぎくしやく感のないペダリングを可能にしたこと
を基本思想とするものである。
That is, in the region between the top and bottom dead centers where large torque can be obtained, the pitch diameter is made smaller in response to the change in torque, and the circumferential speed of pedaling is increased in response to the change in torque. In addition, at the vertical dead center where only a small torque can be obtained, the pitch diameter is increased in accordance with the change in torque, and the circumferential speed of pedaling is slowed in accordance with the change in torque. Match the speed pattern of foot movement at a point,
This improves the work rate in one cycle of pedaling, reduces the amount of muscle output (energy consumption) relative to the amount of work, and makes it possible to pedal without feeling jerky while reducing the physical load on the driver. This is the basic idea.

尚、本発明において、足のトルクとは、筋肉の
収縮、伸長による関節の動きで出力する関節トル
クのことである。
Note that, in the present invention, the torque of the foot refers to the joint torque output by the movement of the joints due to muscle contraction and extension.

次に本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。
Next, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

第1図に示したギヤクランク装置は、両端に嵌
合部11a,11bをもつたクランク軸11と、
該クランク軸11の両端嵌合部11a,11bに
装着する1対のクランクアーム12,13とから
成るクランク1における前記一方側クランクアー
ム12のボス部12aに、放射方向に延びるステ
ー14を介して最小歯数の第1チエンギヤ2と、
最大歯数の第2チエンギヤ3とを装着し、これら
チエンギヤ2,3の何れか一つにチエンを選択的
に掛設するごとく成したものである。尚、前記チ
エンギヤ2,3は、軸方向に一定間隔を置いて複
数個の止め具4により連結されている。
The gear crank device shown in FIG. 1 includes a crankshaft 11 having fitting portions 11a and 11b at both ends,
A stay 14 extending in the radial direction is attached to the boss portion 12a of the crank arm 12 on one side of the crank 1, which is composed of a pair of crank arms 12 and 13 attached to both end fitting portions 11a and 11b of the crankshaft 11. a first chain gear 2 with the minimum number of teeth;
A second chain gear 3 having the maximum number of teeth is attached, and a chain is selectively hung on one of these chain gears 2 and 3. The chain gears 2 and 3 are connected by a plurality of stops 4 at regular intervals in the axial direction.

しかして前記チエンギヤ2,3のうち、少なく
とも1方、図面に示したものは最少歯数の第1チ
エンギヤ2を、異なるピツチ径をもつた非円形と
して、該第1チエンギヤ2のピツチ径Dを次の如
く、異なる変化率で変化させるのである。
Therefore, at least one of the chain gears 2 and 3, the first chain gear 2 having the least number of teeth, as shown in the drawing, is made non-circular with different pitch diameters, and the pitch diameter D of the first chain gear 2 is made non-circular. It is changed at different rates of change as follows.

即ち、前記第1チエンギヤ2は、前記クランク
アーム12,13に、その最大ピツチ径部分Aと
最小ピツチ径部分Bとの2等分線より前記クラン
クアーム12,13の駆動回転方向前方で、か
つ、前記最大ピツチ径部分Aより駆動回転後方に
前記クランクアーム12,13を位置させて結合
するのであつて、斯く結合する前記クランクアー
ム12,13の結合位置(死点O1,O2)に対し駆
動回転方向前方で、前記最大ピッチ径部分Aから
駆動回転方向後方に位置する最小ピツチ径部分B
に至るピツチ径の変化率を、前記最小ピツチ径部
分Bから前記クランクアーム12,13の結合位
置の駆動回転方向前方で、最大ピツチ径部分Aに
至るピツチ径の変化率より大きくするのである。
That is, the first chain gear 2 is attached to the crank arms 12, 13 forward of the bisecting line between the maximum pitch diameter portion A and the minimum pitch diameter portion B in the drive rotational direction of the crank arms 12, 13, and , the crank arms 12 and 13 are positioned and connected at the rear of the driving rotation from the maximum pitch diameter portion A, and the connecting positions (dead centers O 1 , O 2 ) of the crank arms 12 and 13 are thus connected. On the other hand, the minimum pitch diameter portion B is located forward in the driving rotation direction and rearward from the maximum pitch diameter portion A in the driving rotation direction.
The rate of change in the pitch diameter from the minimum pitch diameter portion B to the maximum pitch diameter portion A is made greater than the rate of change in the pitch diameter from the minimum pitch diameter portion B to the maximum pitch diameter portion A in front of the coupling position of the crank arms 12 and 13 in the drive rotation direction.

更に具体的に説明すると、第2図において、最
大ピツチ径部分Aの第1歯G1及び、第22歯G2
2から、最小ピツチ径部分Bの第9歯G9、第10
歯G10及び第30歯G30、第31歯G31に至る
ピツチ径の変化率即ち、第3歯G3から第4歯G
4への変化率及び第24歯G24から第25歯G25
に至るピツチ径の変化率を最大とし、そして前記
最小ピツチ径部分Bの第9歯G9、第10歯G10
から、前記最大ピツチ径部Aの第22歯G22及び
第30歯G30、第31歯G31から第1歯G1に至
るピツチ径の変化率、即ち第14乃至第17歯G14
〜G17及び第35乃至第38歯G35〜G38のピ
ツチ径の変化率を次に大きな変化率とするのであ
る。
To explain more specifically, in FIG. 2, the first tooth G1 and the 22nd tooth G2 of the maximum pitch diameter portion A
2, the 9th tooth G9 and the 10th tooth of the minimum pitch diameter portion B
The rate of change in pitch diameter from the third tooth G10 to the 30th tooth G30 and the 31st tooth G31, that is, from the third tooth G3 to the fourth tooth G
Rate of change to 4 and from 24th tooth G24 to 25th tooth G25
The rate of change in the pitch diameter leading to
, the rate of change in pitch diameter from the 22nd tooth G22, the 30th tooth G30, and the 31st tooth G31 of the maximum pitch diameter portion A to the first tooth G1, that is, the 14th to 17th teeth G14.
- G17 and the rate of change in the pitch diameter of the 35th to 38th teeth G35 to G38 are set to the next largest rate of change.

尚、第2図に示したものは、前記クランクアー
ム12,13を最大ピツチ径部分A即ち、第1歯
G1及び第22歯G22に対し駆動回転方向(第2
図矢印X方向)の後方に偏位させて結合してお
り、前記クランクアーム12,13が上下死点を
過ぎて最大トルクの得られる領域に向つて回動す
るとき、即ち足のトルクが増大するとき、このト
ルクの増大に対応して第1チエンギヤ2のピツチ
径Dが小さくなり、前記クランクアーム12,1
3が、最大トルクの得られる領域に位置すると
き、前記第1チエンギヤ2のピツチ径Dが最小と
なるごとくしてフロントチエンギヤとリヤチエン
ギヤとのギヤ比を前記トルクの増加変化に対応し
て小さくし、ペダルの角速度を前記トルクの増加
変化に対応して速くできるようにし、また前記ク
ランクアーム12,13が最大トルクの得られる
位置から最小トルクしか得られない領域に向つて
回動するとき、即ち、前記トルクが最大値から減
少するとき、このトルクの減少変化に対応して第
1チエンギヤ2のピツチ径Dが大きくなるごとく
して、フロントチエンギヤとリヤチエンギヤとの
ギヤ比を前記トルクの減少変化に対応して大きく
し、また前記クランクアーム12,13が、小さ
なトルクしか得られない上下死点O1,O2近くに
位置するとき、前記チエンギヤ2のピツチ径Dが
最大となるごとくしてフロントチエンギヤとリヤ
チエンギヤとのギヤ比を最大とし、ペダルの角速
度が前記トルクの変化に対応して遅くなるように
したのである。
In addition, in the case shown in FIG. 2, the crank arms 12 and 13 are rotated in the drive rotation direction (second
When the crank arms 12 and 13 rotate past the vertical dead center toward the region where maximum torque can be obtained, that is, the torque of the legs increases. At this time, the pitch diameter D of the first chain gear 2 decreases in response to this increase in torque, and the pitch diameter D of the first chain gear 2 decreases.
3 is located in the region where the maximum torque can be obtained, the pitch diameter D of the first chain gear 2 is minimized, and the gear ratio of the front chain gear and the rear chain gear is made small in response to the increase in the torque. The angular velocity of the pedal can be increased in response to the increase in torque, and when the crank arms 12, 13 rotate from a position where maximum torque is obtained to a region where only minimum torque is obtained, That is, when the torque decreases from the maximum value, the pitch diameter D of the first chain gear 2 is increased in response to the decrease in torque, and the gear ratio between the front chain gear and the rear chain gear is adjusted to decrease the torque. The pitch diameter D of the chain gear 2 is increased to correspond to the change, and the pitch diameter D of the chain gear 2 is maximized when the crank arms 12 and 13 are located near the vertical dead center O 1 and O 2 where only a small torque can be obtained. The gear ratio between the front chain gear and the rear chain gear is maximized so that the angular velocity of the pedal becomes slower in response to the change in torque.

この構成について、更に詳記すると、クランク
アーム12,13が一回転する間に即ちペダリン
グ時における足のトルクは第3図鎖線のごとく変
化する。
To describe this configuration in more detail, the torque of the foot changes as shown by the chain line in FIG. 3 during one rotation of the crank arms 12, 13, that is, during pedaling.

そして前記第1チエンギヤ2の最大ピツチ径部
分Aでは、リヤチエンギヤRGとのギヤ比が大き
くなつて、ペダルの角速度が遅くなると共に前記
第1チエンギヤ2の最小ピツチ径部分Bではリヤ
チエンギヤRGとのギヤ比が小さくなつてペダル
の角速度が速くなるのである。
At the maximum pitch diameter portion A of the first chain gear 2, the gear ratio with respect to the rear chain gear RG becomes large, and the angular velocity of the pedal becomes slow, and at the minimum pitch diameter portion B of the first chain gear 2, the gear ratio with the rear chain gear RG increases. becomes smaller, and the angular velocity of the pedal becomes faster.

しかして、以上のことを基に、ペダリングにお
いて大きなトルクの得られる領域、即ちクランク
アーム12,13が上死点O1から駆動回転方向
前方側に30〜120゜回転した位置においては、第
3図実線のごとく前記第1チエンギヤ2のピツチ
径Dを足のトルクの変化に対応して小さくし、該
第1チエンギヤ2とリヤチエンギヤRGのギヤ比
が前記トルクの変化に対応して小さくなるごとく
して、ペダルの角速度を前記トルクの変化に対応
して速くしもともと、大きなトルクが得られる領
域での仕事率を向上し、かつ足の動きがもつ速度
パターンにマツチするごとくしたのであり、又、
小さなトルクしか得られない領域、即ちクランク
アーム12,13が上下死点O1,O2近くに位置
するときにおいては、前記第1チエンギヤ2のピ
ツチ径Dが前記トルクの変化に対応して大きくな
り、該第1チエンギヤ2とリヤチエンギヤRGと
のギヤ比が前記トルクの変化に対応して大きくな
るごとくしてペダルの角速を前記トルクの変化に
対応して遅くし、小さなトルクしか得られない領
域では、もともと出力が出ないのに、速度を早く
することによる筋肉への負担を少なくし、かつ足
の動きにおける速度パターンにマツチさせ、運転
者に与える肉体的な負担を少なくしたのである。
Based on the above, in the region where a large torque is obtained during pedaling, that is, in the position where the crank arms 12 and 13 are rotated 30 to 120 degrees forward in the drive rotation direction from the top dead center O1 , the third As shown by the solid line in the figure, the pitch diameter D of the first chain gear 2 is made smaller in response to the change in leg torque, and the gear ratio between the first chain gear 2 and the rear chain gear RG is made smaller in response to the change in torque. Therefore, the angular velocity of the pedal is increased in response to the change in torque, improving the power in the region where large torque can be obtained, and matching the speed pattern of the foot movement.
In a region where only a small torque can be obtained, that is, when the crank arms 12 and 13 are located near the vertical dead centers O 1 and O 2 , the pitch diameter D of the first chain gear 2 increases in response to the change in torque. As the gear ratio between the first chain gear 2 and the rear chain gear RG increases in response to the change in torque, the angular velocity of the pedal is decreased in response to the change in torque, and only a small torque can be obtained. In this area, even though there is no output to begin with, increasing the speed reduces the strain on the muscles, and by matching the speed pattern of foot movements, the physical strain on the driver is reduced.

以上の如く、大きなトルクが得られる上下死点
間の領域では、足のトルクの変化に対応してピツ
チ径Dが最小となり、ペダルの角速度を前記トル
クの変化に対応して大きくできるので、最高の仕
事率にできるのである。
As described above, in the region between the top and bottom dead center where a large torque can be obtained, the pitch diameter D becomes the minimum in response to the change in foot torque, and the angular velocity of the pedal can be increased in response to the change in torque, so that the pitch diameter D becomes the minimum. It is possible to achieve a work rate of .

このことは、仕事率=トルク×角速度であるの
で単位仕事においてはトルクは少なくてすむこと
でもある。しかも、前記領域においては、足の動
きを早くできるから、振子運動に類似した足の動
きがもつ速度パターンにマツチすることになるの
である。
This also means that less torque is required for unit work since power = torque x angular velocity. Moreover, in the above region, the foot movement can be made quickly, so that it matches the speed pattern of foot movement similar to pendulum motion.

また、大きなトルクが得られない領域、即ち上
下死点近くでは前記トルクの変化に対応してピツ
チ径Dが最大となり、ペダルの角速度を前記トル
クの変化に対応して小さくできるので、仕事率は
良くないがもともと、この領域では大きなトルク
が出せないのであるから、全体の仕事量に与える
影響は少ないのである、従つて仕事率を悪くした
方が、却つて運転者に肉体的な負担を与えること
がないのである。しかも前記領域においては足の
動きを遅くできるから、足の動きがもつ速度パタ
ーンにマツチさせられるのである。
In addition, in the area where large torque cannot be obtained, that is, near the vertical dead center, the pitch diameter D becomes maximum in response to the change in torque, and the angular velocity of the pedal can be reduced in response to the change in torque, so the power is reduced. It's not a good idea, but since large torque cannot be produced in this region, it has little effect on the overall amount of work.Therefore, reducing the work rate will put more physical strain on the driver. There is no such thing. Furthermore, since the movement of the foot can be slowed down in the above region, it is possible to match the speed pattern of the movement of the foot.

以上のように大きなトルクが得られる領域での
仕事率をトルクの変化に対応して向上できるか
ら、全体として高い仕事率が得られるし、しかも
足の動きがもつ速度パターンにマツチしたペダリ
ングが行なえるから、ペダリングにおけるエネル
ギー消費を減少させられるのであつて、運転者に
与える肉体的な負担を軽減し、かつ、ぎくしやく
感もなく円滑なペダリングが可能となるのであ
る。
As mentioned above, since the power in the area where large torque can be obtained can be improved in response to changes in torque, a high power can be obtained overall, and moreover, pedaling can be performed that matches the speed pattern of the foot movement. This reduces energy consumption during pedaling, reduces the physical burden on the driver, and enables smooth pedaling without any jerky feeling.

因みに前記チエンギヤ2の最大ピツチ径部分A
と最小ピツチ径部分Bの比を1.1:1とし、前記
チエンギヤ2の歯数(例えば42歯)と同数の歯数
をもつ円形のチエンギヤを用い、かつ、同じ長さ
のクランクアームと結合した場合で、最大トルク
が30Kgm、最小トルクが5Kgmとすると、円形の
チエンギヤに対しペダルの角速度の比は、最大ピ
ツチ径側で0.95、最小ピツチ径側で1.05となり、
また、前記チエンギヤ2では最大ピツチ径側が最
小トルクしか出せない領域に、また最小ピツチ径
側が最大トルクの出せる領域に対応しているか
ら、仕事率=トルク×速度より、前記チエンギヤ
2を用いた場合の最大トルクは28.5Kgmとなり、
最小トルクは5.25Kgmとなる。
Incidentally, the maximum pitch diameter portion A of the chain gear 2
and minimum pitch diameter portion B is 1.1:1, a circular chain gear with the same number of teeth as the chain gear 2 (for example, 42 teeth) is used, and it is combined with a crank arm of the same length. So, if the maximum torque is 30Kgm and the minimum torque is 5Kgm, the ratio of the angular velocity of the pedal to the circular chain gear is 0.95 on the maximum pitch diameter side and 1.05 on the minimum pitch diameter side,
In addition, in the chain gear 2, the maximum pitch diameter side corresponds to the region where only the minimum torque can be produced, and the minimum pitch diameter side corresponds to the region where the maximum torque can be produced, so from power = torque x speed, when using the chain gear 2 The maximum torque is 28.5Kgm,
The minimum torque is 5.25Kgm.

従つて、最大ピツチ径側ではトルクが0.25Kgm
増加するが最小ピツチ径側では1.5Kgm減少する
ことになり、減少の割合が大きいのである。この
ように実測値において、最大トルクは、5%〜8
%減少できるから、最小トルクが増加してもペダ
リング1周期におけるトルクの積分値は2〜3%
減少でき、しかもペダリングにおける足の運動
を、この運動がもつ固有の周期で、その速度パタ
ーンにマツチさせられるから、足を動かすための
エネルギーも減少できるのであつて、同時に測定
した筋電図の積分値も2〜3%減少させ得たので
ある。
Therefore, the torque at the maximum pitch diameter is 0.25Kgm.
Although it increases, it decreases by 1.5Kgm on the minimum pitch diameter side, and the rate of decrease is large. In this way, in the actual measured values, the maximum torque is 5% to 8%.
%, so even if the minimum torque increases, the integral value of torque in one pedaling cycle will be 2 to 3%.
Moreover, since the movement of the foot during pedaling can be matched to the speed pattern of this movement with its own cycle, the energy required to move the foot can also be reduced, and the integral of the electromyogram measured at the same time can be reduced. The value could also be reduced by 2-3%.

尚、本発明は、標準タイプ及びミニサイクルタ
イプその他あらゆるタイプの自転車にも適用でき
るのであるが、標準タイプの自転車に適用する場
合においては、前記クランクアーム12を、前記
チエンギヤ2における長軸の駆動回転方向後方に
偏位させ、この偏位角を15゜±5゜とするのであ
る。
Note that the present invention can be applied to all types of bicycles, including standard types and minicycle types, but when applied to standard type bicycles, the crank arm 12 is connected to the long axis of the chain gear 2. It is deviated backward in the direction of rotation, and this deviation angle is set to 15°±5°.

又、以上説明したのは、トルが最大のときピツ
チ径Dが最小となり、トルクが最小のときピツチ
径Dが最大となるごとく前記チエンギヤ2をクラ
ンクアーム12に組合わせたが、上死点直後にお
ける足の運動は、足のもつ質量を加速するため、
実際は筋肉が出力しているけれども、ペダルに作
用しないトルクがあり、また、下死点の直前で
は、足のもつ質量を減速するため、実際は筋肉が
働いていないにも拘わらず、ペダル上に発生する
トルクがあることから、前記チエンギヤ2におけ
る最小ピツチ径部分B及び最大ピツチ径部分A
は、第3図のごとく足のトルクが最大となる位置
及び最小となる位置に対し前記クランクアーム1
2の駆動回転方向前方に10゜程偏位させるのが好
ましい。
Furthermore, as explained above, the chain gear 2 is combined with the crank arm 12 in such a way that the pitch diameter D becomes the minimum when the torque is maximum, and the pitch diameter D becomes the maximum when the torque is the minimum. The movement of the foot accelerates the mass of the foot, so
Although the muscles are actually outputting torque, there is a torque that does not act on the pedals, and just before bottom dead center, the mass of the foot is decelerated, so the torque is generated on the pedals even though the muscles are not actually working. Therefore, the minimum pitch diameter portion B and the maximum pitch diameter portion A of the chain gear 2
are the crank arm 1 for the positions where the leg torque is maximum and minimum as shown in FIG.
It is preferable to deviate about 10 degrees forward in the driving rotation direction of No. 2.

以上説明した実施例では、前記第2チエンギヤ
3は、円形にしており、使用に際しては第1図の
如く前記クランク1のクランク軸11をボール
5,5を介して自転車用フレームのボトムブラケ
ツト6に回転自由に支持し、第4図の如く前記ク
ランク1に装着したチエンギヤ2,3の何れか一
つとリヤチエンギヤRGとにチエンCを張設し、
前記クランクアーム12,13の先端に装着する
ペダルによるトルクを、前記クランク1を介して
前記チエンギヤ2,3に伝え、このチエンギヤ
2,3の出力により、前記チエンCを介してリヤ
チエンギヤRGを駆動し、後輪を駆動するごとく
成すと共に、前記チエンCのフロントチエンギヤ
への進入路近くに配設するフロントデイレーラー
FDにより前記チエンCを、前記チエンギヤ2,
3の何れか一つに選択的に掛換えるごとく成すの
である。
In the embodiment described above, the second chain gear 3 is circular, and in use, the crankshaft 11 of the crank 1 is connected to the bottom bracket 6 of the bicycle frame via the balls 5, 5 as shown in FIG. A chain C is supported to rotate freely, and a chain C is stretched between one of the chain gears 2 and 3 attached to the crank 1 as shown in Fig. 4 and the rear chain gear RG.
Torque from pedals attached to the tips of the crank arms 12, 13 is transmitted to the chain gears 2, 3 via the crank 1, and the output of the chain gears 2, 3 drives the rear chain gear RG via the chain C. , a front derailleur configured to drive the rear wheels and disposed near the approach path of the chain C to the front chain gear.
FD connects the chain C to the chain gear 2,
This is done by selectively replacing any one of the three.

尚、以上の説明では、最小歯数の第1チエンギ
ヤ2と、最大歯数の第2チエンギヤ3とを用いた
ものについて説明したが、その他前記第2チエン
ギヤ3をなくして、非円形に形成するチエンギヤ
のみを用いてもよい。又、歯数の異なる複数のチ
エンギヤを用いる場合、これらチエンギヤのうち
の1つのチエンギヤまたは全部のチエンギヤを非
円形に形成してもよい。
In the above explanation, the first chain gear 2 with the minimum number of teeth and the second chain gear 3 with the maximum number of teeth have been described, but in other cases, the second chain gear 3 may be omitted and formed into a non-circular shape. Only a chain gear may be used. Further, when using a plurality of chain gears having different numbers of teeth, one or all of the chain gears may be formed into a non-circular shape.

以上の如く本発明は、異なるピツチ径をもつた
非円形として、その最大ピツチ径部分と該最大ピ
ツチ径部分に対し駆動回転方向後方の最小ピツチ
径部分との2等分線より前記クランクアームの駆
動回転方向前方で、かつ、前記最大ピツチ径部分
より駆動回転方向後方に前記クランクアームを位
置させて結合したとき、該クランクアームの結合
位置に対し駆動回転方向前方で、前記最大ピツチ
径部分から駆動回転方向後方の最小ピツチ径部分
に至るピツチ径の変化率を、前記最小ピツチ径部
分から前記クランクアームの結合位置に対し駆動
回転方向前方の最大ピツチ径部分に至るピツチ径
の変化率より大きくしたから、ペダリングに際
し、仕事率を向上できると共に、ペダリングにお
ける足の動きがもつ速度パターンにマツチしたペ
ダリングが可能となり、従つて、運転者に与える
肉体的な負担を軽減でき、軽快で、かつ、ぎくし
やく感なく円滑なペダリングが可能となるのであ
る。
As described above, the present invention provides a non-circular crank arm with different pitch diameters, and the crank arm is bisected by the bisector of the maximum pitch diameter portion and the minimum pitch diameter portion rearward of the maximum pitch diameter portion in the drive rotation direction. When the crank arm is located forward in the driving rotational direction and rearward of the maximum pitch diameter portion in the driving rotational direction and connected, the crank arm is located forward in the driving rotational direction with respect to the connecting position of the crank arm and from the maximum pitch diameter portion. The rate of change in pitch diameter from the minimum pitch diameter portion to the minimum pitch diameter portion at the rear in the drive rotation direction is greater than the rate of change in pitch diameter from the minimum pitch diameter portion to the maximum pitch diameter portion at the front in the drive rotation direction with respect to the coupling position of the crank arm. Therefore, when pedaling, it is possible to improve the work rate, and it is also possible to perform pedaling that matches the speed pattern of the foot movement during pedaling, and therefore, the physical burden on the driver can be reduced, and the pedal is nimble and This allows for smooth pedaling without any jerky feeling.

即ち、大きなトルクが得られる領域では、ペダ
リングの周速を前記トルクの変化に対応して増大
できるから、仕事率が増大すると共に、足の動き
にマツチしたスピードでペダリングが可能となる
ため、足を動かすのに必要な消費エネルギーも周
速を減少した場合に比較して軽減できるのであ
り、更に、大きなトルクが得られない領域では、
ペダリングの周速を前記トルクの変化に対応して
減少できるから、仕事率は多少減退するが足の動
きにマツチしたスピードでペダリングができるた
め、周速を増大した場合に比較してエネルギー消
費を少なくでき、従つて肉体的な負担を少なくで
き、軽快なペダリングが可能となるし、ぎくしや
く感も少なくできるのである。
In other words, in a region where large torque can be obtained, the circumferential speed of pedaling can be increased in response to the change in torque, which increases the power and enables pedaling at a speed that matches the movement of the feet. The energy consumption required to move the wheel can be reduced compared to reducing the circumferential speed, and furthermore, in areas where large torque cannot be obtained,
Since the circumferential speed of pedaling can be reduced in response to the change in torque, the power rate will decrease somewhat, but since it is possible to pedal at a speed that matches the movement of the feet, energy consumption is reduced compared to when the circumferential speed is increased. Therefore, the physical strain can be reduced, and light pedaling becomes possible, and the feeling of jerkiness can be reduced.

また、大きなトルクが得られない領域での仕事
率は減退するも、大きなトルクが得られる領域で
の仕事効率を増大できるから、トータル的には円
形チエンギヤ又は楕円チエンギヤにおいて、大き
なトルクが得られる領域での周速を遅く、大きな
トルクが得られない領域での周速を早くする場合
に比較して、同一仕事での全体的な負担の軽減が
可能となるのである。
In addition, although the power efficiency decreases in areas where large torque cannot be obtained, the work efficiency can be increased in areas where large torque can be obtained, so overall, in areas where large torque can be obtained with circular chain gears or elliptical chain gears. Compared to the case where the circumferential speed is slow in areas where large torque cannot be obtained and the circumferential speed is increased in areas where large torque cannot be obtained, the overall burden on the same work can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はギヤクランク装置の一部切欠正面図、
第2図は本発明チエンギヤの一実施例を示す拡大
正面図、第3図はクランクアームの回転角と、足
のトルク及びチエンギヤのピツチ径との関係を示
す説明図、第4図は使用状態を示す説明図であ
る。 2…チエンギヤ、D…ピツチ径、11…クラン
ク軸、12,13…クランクアーム。
Figure 1 is a partially cutaway front view of the gear crank device.
Fig. 2 is an enlarged front view showing one embodiment of the chain gear of the present invention, Fig. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the rotation angle of the crank arm, the torque of the foot, and the pitch diameter of the chain gear, and Fig. 4 is the state of use. FIG. 2...Chain gear, D...Pitch diameter, 11...Crankshaft, 12, 13...Crank arm.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 クランク軸と1対のクランクアーム及びチエ
ンギヤとから成るギヤクランク装置のチエンギヤ
であつて、異なるピツチ径をもつた楕円形に近い
非円形として、その最大ピツチ径部分と該最大ピ
ツチ径部分に対し駆動回転方向後方の最小ピツチ
径部分との2等分線より前記クランクアームの駆
動回転方向前方で、かつ、前記最大ピツ径部分よ
り駆動回転方向後方に前記クランクアームを位置
させて結合したとき、該クランクアームの結合位
置に対し駆動回転方向前方で、前記最大ピツチ径
部分から駆動回転方向後方の最小ピツチ径部分に
至るピツチ径の変化率を、前記最小ピツチ径部分
から前記クランクアームの結合位置に対し駆動回
転方向前方の最大ピツチ径部分に至るピツチ径の
変化率より大きくしたことを特徴とする自転車用
ギヤクランク装置のチエンギヤ。
1 A chain gear of a gear crank device consisting of a crankshaft, a pair of crank arms, and a chain gear, and as a non-circular shape close to an oval with different pitch diameters, the maximum pitch diameter portion and the maximum pitch diameter portion are When the crank arm is positioned and connected in front of the bisector of the minimum pitch diameter portion of the crank arm in the drive rotation direction and rearward of the maximum pitch diameter portion in the drive rotation direction, The rate of change in pitch diameter from the maximum pitch diameter portion to the minimum pitch diameter portion rearward in the drive rotation direction at the front in the drive rotation direction with respect to the connection position of the crank arm is calculated from the minimum pitch diameter portion to the crank arm connection position. A chain gear for a bicycle gear crank device, characterized in that the rate of change in pitch diameter is greater than the maximum pitch diameter portion at the front in the drive rotation direction.
JP57115837A 1982-06-01 1982-07-02 Chain gear of gear crank device for bicycle Granted JPS596186A (en)

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FR8309015A FR2527542B1 (en) 1982-06-01 1983-05-31 BICYCLE CRANKSET MECHANISM
DE3348078A DE3348078C2 (en) 1982-06-01 1983-05-31
DE3319736A DE3319736C2 (en) 1982-06-01 1983-05-31 Switchable pedal crank drive

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