JP2020059347A

JP2020059347A - 自転車、及び自転車用動力伝達装置

Info

Publication number: JP2020059347A
Application number: JP2018190756A
Authority: JP
Inventors: 佳宏松岡; Yoshihiro Matsuoka
Original assignee: Exedy Corp
Current assignee: Exedy Corp
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2020-04-16

Abstract

【課題】入力プレートと出力プレートとの捩れ角を広角化する。【解決手段】自転車は、クランク軸、一対のクランクアーム、入力プレート３、第１出力プレート４、スプロケット６、及び弾性部材７を備えている。クランクアームは、クランク軸の両端部に取り付けられる。入力プレート３は、周方向に延びる入力窓部３３を有する。入力プレート３は、クランク軸からトルクが入力される。第１出力プレート４は、入力窓部３３と対向するように配置された第１出力窓部４１を有する。第１出力プレート４は、軸方向において入力プレート３の側方に配置される。第１出力プレート４は、入力プレート３に対して相対回転可能である。スプロケット６は、第１出力プレート４に取り付けられる。弾性部材７は、入力窓部３３及び第１出力窓部４１に収容される。弾性部材７は、入力プレート３と第１出力プレート４とを弾性的に連結する。【選択図】図２

Description

本発明は、自転車、及び自転車用動力伝達装置に関する。

特許文献１において、内部回転部材と、外部回転部材と、弾性変形部とを有する自転車が提案されている。内部回転部材は回転軸と一体的に回転する。外部回転部材は内部回転部材と相対回転可能である。内部回転部材は外周凸部を有しており、外部回転部材は内周凸部を有している。外周凸部と内周凸部とは同一円周上に配置されている。この外周凸部と内周凸部との間に弾性変形部が配置されている。

この自転車によれば、例えば内部回転部材にトルクが入力されて内部回転部材と外部回転部材とが相対回転すると、外周凸部と内周凸部とに挟まれた弾性変形部が圧縮変形する。そして、入力トルクが小さくなったときに、弾性変形部の復元力によって入力トルクを補うことによって、入力トルクの変動を吸収して回転を安定化させている。

特許第４４５６１７９号公報

上述したように構成された自転車において、入力プレートと出力プレートとの捩れ角を大きくして十分に入力トルクの変動を吸収することが好ましい。

本発明の課題は、入力プレートと出力プレートとの捩れ角の広角化にある。

本発明の第１側面に係る自転車は、クランク軸と、一対のクランクアームと、入力プレートと、第１出力プレートと、スプロケットと、弾性部材とを備えている。クランクアームは、クランク軸の両端部に取り付けられる。入力プレートは、周方向に延びる入力窓部を有する。入力プレートは、クランク軸からトルクが入力される。第１出力プレートは、入力窓部と対向するように配置された第１出力窓部を有する。第１出力プレートは、軸方向において入力プレートの側方に配置される。第１出力プレートは、入力プレートに対して相対回転可能である。スプロケットは、第１出力プレートに取り付けられる。弾性部材は、入力窓部及び第１出力窓部に収容される。弾性部材は、入力プレートと第１出力プレートとを弾性的に連結する。

この構成によれば、クランク軸に入力された入力トルクが入力プレートに伝達され、入力プレートが回転し、入力プレートと第１出力プレートとが相対回転する。入力プレートと第１出力プレートとが相対回転すると、入力窓と第１出力窓とに亘って収容された弾性部材が周方向に圧縮される。そして、入力トルクが小さくなると、弾性部材の復元力によって入力トルクを補い、入力トルクの変動が弾性部材によって吸収される。そして、入力プレートと第１出力プレートとは軸方向に並んでいるため、従来のように外周凸部と内周凸部とが同一円周上に配置されたものと比べて、入力プレートと第１出力プレートとの捩れ角を広角化することができる。

好ましくは、自転車は、第２出力プレートをさらに備える。第２出力プレートは、入力窓部と対向するように配置された第２出力窓部を有する。第２出力プレートは、軸方向において入力プレートを第１出力プレートと挟むように配置される。第２出力プレートは、入力プレートに対して相対回転可能である。

好ましくは、自転車は、固定ピンをさらに備える。固定ピンは、軸方向に延び、第１出力プレートと第２出力プレートとを連結する。

好ましくは、入力プレートは、周方向に延びるストッパ孔を有する。固定ピンは、ストッパ孔を介して軸方向に延びる。なお、ストッパ孔は、スリットや切欠などを含む概念である。

好ましくは、第１出力プレートは、第１出力窓部の周縁部から延びて弾性部材の軸方向移動を規制する第１規制部を有する。

好ましくは、自転車は、第１スラスト部材をさらに備える。第１スラスト部材は、入力プレートと第１出力プレートとの間に配置される。この構成によれば、入力プレートと第１出力プレートとの軸方向距離を一定に保持することができる。

好ましくは、スプロケットは、固定ピンによって第１出力プレートに取り付けられる。

好ましくは、スプロケットは、第１出力プレートと一体的に形成される。

好ましくは、弾性部材は、コイルスプリングである。

本発明の第２側面に係る自転車用動力伝達装置は、クランク軸に入力されたトルクを駆動輪へと伝達する。この自転車用動力伝達装置は、入力プレートと、第１出力プレートと、スプロケットと、弾性部材とを備えている。入力プレートは、周方向に延びる入力窓部を有する。入力プレートは、クランク軸と一体的に回転する。第１出力プレートは、入力窓部と対向するように配置された第１出力窓部を有する。第１出力プレートは、軸方向において入力プレートの側方に配置される。第１出力プレートは、入力プレートに対して相対回転可能である。スプロケットは、第１出力プレートに取り付けられる。弾性部材は、入力窓部及び第１出力窓部に収容される。弾性部材は、入力プレートと第１出力プレートとを弾性的に連結する。

本発明によれば、入力プレートと出力プレートとの捩れ角を広角化することができる。

自転車の拡大断面図。自転車用動力伝達装置の断面図。自転車用動力伝達装置の一部断面図。自転車用動力伝達装置の一部断面図。走行時間と、駆動力及び車速との関係を示すグラフ。

以下、本発明に係る自転車用動力伝達装置を用いた自転車の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、軸方向とは、クランク軸の回転軸Ｏが延びる方向を言う。また、周方向とは、クランク軸の回転軸Ｏを中心とした円の周方向を言い、径方向とは、クランク軸の回転軸Ｏを中心とした円の径方向を言う。

［自転車］
図１に示すように、自転車１００は、クランク軸１、一対のクランクアーム２、及び自転車用動力伝達装置１０を備えている。クランク軸１は、フレーム１０１に回転可能に支持されている。一対のクランクアーム２は、クランク軸１の両端部に取り付けられている。各クランクアーム２は、互いに１８０度の位相差となるように配置されている。なお、クランクアーム２の先端部にはペダルが取り付けられており、ペダルを漕ぐことによってクランク軸１に入力トルクが入力され、クランク軸１が回転する。

［自転車用動力伝達装置］
自転車用動力伝達装置１０は、ペダルからクランクアーム２を介してクランク軸１に入力されたトルクを駆動輪（図示省略）へと伝達するように構成されている。図２に示すように、自転車用動力伝達装置１０は、入力プレート３、第１出力プレート４、第２出力プレート５、スプロケット６、及び複数の弾性部材７を有している。また、自転車用動力伝達装置１０は、複数の固定ピン８、第１スラスト部材９ａ、及び第２スラスト部材９ｂをさらに有している。

［入力プレート］
入力プレート３は、クランク軸１からトルクが入力されるように構成されている。詳細には、入力プレート３は、クランク軸１と一体的に回転するようにクランク軸１に取り付けられている。例えば、入力プレート３は中央部にスプライン孔３１を有している。スプライン孔３１は軸方向に延びている。このスプライン孔３１にクランク軸１がスプライン嵌合している。

入力プレート３は、円板状に形成されている。入力プレート３は、中央部にボス部３２を有しており、ボス部３２に上述したスプライン孔３１が形成されている。

図３に示すように、入力プレート３は、複数の入力窓部３３を有している。なお、本実施形態では、入力プレート３は３つの入力窓部３３を有している。入力窓部３３は、入力プレート３の外周部に配置されている。入力窓部３３は、軸方向に貫通している。入力窓部３３は、周方向に延びている。各入力窓部３３は、実質的に同じ円周上に配置されている。

入力プレート３は、周方向に延びる複数のストッパ孔３４を有している。なお、本実施形態では、ストッパ孔３４は、入力プレート３の外周端部を切り欠いた切欠部によって構成されているが、スリットであってもよい。ストッパ孔３４は、後述する固定ピン８の周方向の移動範囲を規制するように構成されている。

入力プレート３は、例えば、鉄や、ステンレス、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などによって構成することができる。

［第１出力プレート］
図２に示すように、第１出力プレート４は、軸方向において、入力プレート３の側方に配置されている。第１出力プレート４は、入力プレート３に対して相対回転可能に配置されている。第１出力プレート４は、円板状であって、中央部に貫通孔を有している。この第１出力プレート４の内周面が入力プレート３のボス部３２の外周面と当接することによって、第１出力プレート４は径方向において支持されている。

図３に示すように、第１出力プレート４は、複数の第１出力窓部４１を有している。なお、本実施形態では、第１出力プレート４は３つの第１出力窓部４１を有している。第１出力窓部４１は、第１出力プレート４の外周部に配置されている。

第１出力窓部４１は、軸方向に貫通している。第１出力窓部４１は、周方向に延びている。各第１出力窓部４１は、実質的に同じ円周上に配置されている。第１出力窓部４１は、入力窓部３３と対向するように配置されている。

第１出力プレート４は、第１規制部４２を有している。第１規制部４２は、第１出力窓部４１の周縁部から第１出力窓部４１の中央部に向かって延びている。第１規制部４２は、弾性部材７の軸方向移動を規制するように構成されている。すなわち、弾性部材７は、軸方向の一方側において、第１規制部４２によって支持されている。なお、本実施形態では、一つの第１出力窓部４１に対して２つの第１規制部４２を有している。一方の第１規制部４２は、第１出力窓部４１の径方向外側の周縁部から径方向内側に延びており、他方の第１規制部４２は、第１出力窓部４１の径方向内側の周縁部から径方向外側に延びている。

［第２出力プレート］
図２に示すように、第２出力プレート５は、軸方向において、入力プレート３の側方に配置されている。なお、第２出力プレート５は、軸方向において、入力プレート３を基準にして第１出力プレート４の反対側に配置されている。すなわち、第２出力プレート５は、第１出力プレート４と協働して入力プレート３を挟むように配置されている。第２出力プレート５は、入力プレート３に対して相対回転可能に配置されている。

第２出力プレート５は、円板状であって、中央部に貫通孔を有している。第２出力プレート５の内周面は、例えば、クランクアーム２のボス部２１と当接していてもよいし、当接していなくてもよい。

図４に示すように、第２出力プレート５は、複数の第２出力窓部５１を有している。なお、本実施形態では、第２出力プレート５は３つの第２出力窓部５１を有している。第２出力窓部５１は、第２出力プレート５の外周部に配置されている。

第２出力窓部５１は、軸方向に貫通している。第２出力窓部５１は、周方向に延びている。各第２出力窓部５１は、実質的に同じ円周上に配置されている。第２出力窓部５１は、入力窓部３３と対向するように配置されている。すなわち、軸方向視において、第１出力窓部４１、入力窓部３３、第２出力窓部５１が重複している。

第２出力プレート５は、第２規制部５２を有している。第２規制部５２は、第２出力窓部５１の周縁部から第２出力窓部５１の中央部に向かって延びている。第２規制部５２は、弾性部材７の軸方向移動を規制するように構成されている。すなわち、弾性部材７は、軸方向の他方側において、第２規制部５２によって支持されている。なお、本実施形態では、一つの第２出力窓部５１に対して２つの第２規制部５２を有している。一方の第２規制部５２は、第２出力窓部５１の径方向外側の周縁部から径方向内側に延びており、他方の第２規制部５２は、第２出力窓部５１の径方向内側の周縁部から径方向外側に延びている。

第１出力プレート４及び第２出力プレート５は、例えば、鉄や、ステンレス、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などによって構成することができる。

［第１スラスト部材］
図２に示すように、第１スラスト部材９ａは、軸方向において入力プレート３と第１出力プレート４との間に配置されている。第１スラスト部材９ａは、入力プレート３及び第１出力プレート４と当接している。この第１スラスト部材９ａは、入力プレート３と第１出力プレート４との軸方向距離を一定に維持するように構成されている。すなわち、第１スラスト部材９ａは、第１出力プレート４が入力プレート３側に近付く方向への軸方向移動を規制する。

［第２スラスト部材］
第２スラスト部材９ｂは、軸方向において入力プレート３と第２出力プレート５との間に配置されている。第２スラスト部材９ｂは、入力プレート３及び第２出力プレート５と当接している。この第２スラスト部材９ｂは、入力プレート３と第２出力プレート５との軸方向距離を一定に維持するように構成されている。すなわち、第２スラスト部材９ｂは、第２出力プレート５が入力プレート３側に近付く方向への軸方向移動を規制する。

第１スラスト部材９ａ及び第２スラスト部材９ｂは、例えば、樹脂や、アルミニウム、銅などによって構成することができる。

［固定ピン］
固定ピン８は、軸方向に延びており、第１出力プレート４と第２出力プレート５とを連結している。図３及び図４に示すように、固定ピン８は、入力プレート３のストッパ孔３４を介して軸方向に延びている。このため、入力プレート３に対して第１出力プレート４及び第２出力プレート５が所定の角度以上回転すると、固定ピン８がストッパ孔３４の周方向端部に当接し、第１出力プレート４及び第２出力プレート５の回転が規制される。

［スプロケット］
図３に示すように、スプロケット６は、第１出力プレート４に取り付けられている。詳細には、スプロケット６は、固定ピン８によって第１出力プレート４に取り付けられている。スプロケット６は外周端部に複数の歯を有している。このスプロケット６にはチェーンが掛けられており、チェーンなどを介してスプロケット６から駆動輪へとトルクが伝達される。

［弾性部材］
図２から図４に示すように、弾性部材７は、入力窓部３３、第１出力窓部４１、及び第２出力窓部５１に収容されている。周方向における弾性部材７の両端部は、入力窓部３３、第１出力窓部４１、及び第２出力窓部５１の内壁面に当接している。弾性部材７は、入力プレート３と、第１及び第２出力プレート４，５とを弾性的に連結している。すなわち、入力プレート３からのトルクが、弾性部材７を介して第１及び第２出力プレート４，５に伝達される。弾性部材７は、例えばコイルスプリングである。

［作用］
図５は、自転車の漕ぎ始めからの駆動力及び車速の経時変化を示すグラフである。図５のＡは自転車用動力伝達装置１０を有する自転車１００の駆動力、図５のＢは自転車用動力伝達装置１０を有さない自転車の駆動力、図５のＣは走行抵抗を、それぞれ概念的に示したものである。また、図５のＤは自転車用動力伝達装置１０を有する自転車１００の車速、図５のＥは自転車用動力伝達装置１０を有さない自転車の車速を概念的に示したものである。

図５に示すように、従来の自転車では、駆動力は走行抵抗を上回ったり下回ったりするように増減を繰り返す（図５のＢ）。このため、車速は加速と減速とを繰り返して徐々に上昇する（図５のＥ）。これに対して、上述したように構成された自転車１００では、駆動力は、走行抵抗を上回った状態で増減を繰り返す（図５のＡ）。このため、車速は加速状態を維持したまま安定して上昇する（図５のＤ）。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

変形例１
上記実施形態では、スプロケット６は、固定ピン８によって第１出力プレート４に取り付けられているが、これに限定されない。例えば、スプロケット６は、第１出力プレート４と一体的に形成されていてもよい。より具体的には、スプロケット６は、第１出力プレート４と１つの部材によって形成されていてもよい。

変形例２
上記実施形態では、自転車用動力伝達装置１０は、第１出力プレート４および第２出力プレート５を有しているが、第２出力プレート５を省略してもよい。すなわち、自転車用動力伝達装置１０は、第１出力プレート４のみを有しており、第２出力プレート５を有していなくてもよい。

１クランク軸
２クランクアーム
３入力プレート
３３入力窓部
３４ストッパ孔
４第１出力プレート
４１第１出力窓部
４２第１規制部
５第２出力プレート
５１第２出力窓部
６スプロケット
７弾性部材
８固定ピン
９ａ第１スラスト部材

Claims

クランク軸と、
前記クランク軸の両端部に取り付けられる一対のクランクアームと、
周方向に延びる入力窓部を有し、前記クランク軸からトルクが入力される入力プレートと、
前記入力窓部と対向するように配置された第１出力窓部を有し、軸方向において前記入力プレートの側方に配置され、前記入力プレートに対して相対回転可能な第１出力プレートと、
前記第１出力プレートに取り付けられるスプロケットと、
前記入力窓部及び第１出力窓部に収容され、前記入力プレートと前記第１出力プレートとを弾性的に連結する弾性部材と、
を備える、自転車。
前記入力窓部と対向するように配置された第２出力窓部を有し、軸方向において前記入力プレートを前記第１出力プレートと挟むように配置され、前記入力プレートに対して相対回転可能な第２出力プレートをさらに備える、
請求項１に記載の自転車。
軸方向に延び、前記第１出力プレートと前記第２出力プレートとを連結する固定ピンをさらに備える、
請求項２に記載の自転車。
前記入力プレートは、周方向に延びるストッパ孔を有し、
前記固定ピンは、前記ストッパ孔を介して軸方向に延びる、
請求項３に記載の自転車。
前記第１出力プレートは、前記第１出力窓部の周縁部から延びて前記弾性部材の軸方向移動を規制する第１規制部を有する、
請求項１から４のいずれかに記載の自転車。
前記入力プレートと前記第１出力プレートとの間に配置される第１スラスト部材をさらに備える、
請求項１から５のいずれかに記載の自転車。
前記スプロケットは、前記固定ピンによって前記第１出力プレートに取り付けられる、
請求項３又は４に記載の自転車。
前記スプロケットは、前記第１出力プレートと一体的に形成される、
請求項１から６のいずれかに記載の自転車。
前記弾性部材は、コイルスプリングである、
請求項１から８のいずれかに記載の自転車。
クランク軸に入力されたトルクを駆動輪へと伝達する自転車用動力伝達装置であって、
周方向に延びる入力窓部を有し、前記クランク軸と一体的に回転する入力プレートと、
前記入力窓部と対向するように配置された第１出力窓部を有し、軸方向において前記入力プレートの側方に配置され、前記入力プレートに対して相対回転可能な第１出力プレートと、
前記第１出力プレートに取り付けられるスプロケットと、
前記入力窓部及び第１出力窓部に収容され、前記入力プレートと前記第１出力プレートとを弾性的に連結する弾性部材と、
を備える、自転車用動力伝達装置。