特許 7541409 ４つの楕円弧を有する自転車用スプロケット及びその設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-20

(45)【発行日】2024-08-28

(54)【発明の名称】４つの楕円弧を有する自転車用スプロケット及びその設計方法

(51)【国際特許分類】

   B62M 9/00 20060101AFI20240821BHJP

   B62M 9/10 20060101ALN20240821BHJP

【ＦＩ】

B62M9/00 A

B62M9/10 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023177348

(22)【出願日】2023-10-13

(65)【公開番号】P2024060595

(43)【公開日】2024-05-02

【審査請求日】2023-11-09

(31)【優先権主張番号】111139680

(32)【優先日】2022-10-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】509161299

【氏名又は名称】國立虎尾科技大學

(74)【代理人】

【識別番号】110003214

【氏名又は名称】弁理士法人服部国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】張信良

(72)【発明者】

【氏名】王議弘

(72)【発明者】

【氏名】黎安迪

【審査官】三宅 龍平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１８７４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４７８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３０６１８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｍ ９／００ － ９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スプロケット本体と、スプロケット外縁と、を含む４つの楕円弧を有する自転車用スプロケットであって、
該スプロケット本体は、スプロケット回転中心、第１のＸ軸半径、第１のＹ軸半径、第２のＸ軸半径、及び、第２のＹ軸半径を有し、
該第１のＹ軸半径は、該第１のＸ軸半径に等しく、使用者の右足の踏力を該使用者の左足の踏力で割った数値を右左踏力比と定義すると、該第１のＸ軸半径を該第２のＸ軸半径で割った値は、該右左踏力比に等しく、該第２のＹ軸半径を該第１のＹ軸半径で割った値は、該右左踏力比に等しく、
該スプロケット外縁は、該スプロケット本体の外郭に位置し、上の点、右の点、下の点、左の点、第１の楕円弧、第２の楕円弧、第３の楕円弧、及び、第４の楕円弧を有し、
該上の点、該右の点、該下の点及び該左の点はそれぞれ、該スプロケット回転中心の０度、９０度、１８０度及び２７０度方向に位置し、
該第１の楕円弧は、該上の点と該右の点との間にあり、該第２の楕円弧は、該右の点と該下の点との間にあり、該第３の楕円弧は、該下の点と該左の点との間にあり、該第４の楕円弧は、該左の点と該上の点との間にある、４つの楕円弧を有する自転車用スプロケット。

【請求項2】

該右左踏力比が１．１４～１．２６の範囲にある、請求項１に記載の４つの楕円弧を有する自転車用スプロケット。

【請求項3】

該右左踏力比が１．２である、請求項２に記載の４つの楕円弧を有する自転車用スプロケット。

【請求項4】

少なくとも１つのペダルセンサー、及び、コントローラを含む圧力検知ユニットを更に含み、
少なくとも１つの該ペダルセンサーは、該使用者の左足と右足の少なくとも一方に漕がれ、更に該左足の踏力と該右足の踏力をそれぞれ生成して、該コントローラにそれぞれ送信する、請求項１に記載の４つの楕円弧を有する自転車用スプロケット。

【請求項5】

右足ペダル部品と、左足ペダル部品と、を更に含み、
該右足ペダル部品及び該左足ペダル部品はいずれも該スプロケット回転中心と同軸であり、それぞれ漕がれて自転車用スプロケットを駆動する、請求項１に記載の４つの楕円弧を有する自転車用スプロケット。

【請求項6】

一、少なくとも１つのペダルセンサー、及び、コントローラを含む圧力検知ユニットを設置し、少なくとも１つの該ペダルセンサーは、使用者の左足と右足の少なくとも一方に漕がれ、更に該左足の踏力と該右足の踏力をそれぞれ生成し、該コントローラにそれぞれ送信し、該右足の踏力を該左足の踏力で割った数値は、右左踏力比と定義される、右左の踏力を測定する工程と、
二、スプロケット本体を設置して、該右左踏力比に応じて、該スプロケット本体に対してスプロケット回転中心、第１のＸ軸半径、第１のＹ軸半径、第２のＸ軸半径、及び、第２のＹ軸半径を定義し、
該第１のＹ軸半径は、該第１のＸ軸半径に等しく、該第１のＸ軸半径を該第２のＸ軸半径で割った値は、該右左踏力比に等しく、且つ該第２のＹ軸半径を該第１のＹ軸半径で割った値は、該右左踏力比に等しい、重要パラメータを生成する工程と、
三、該重要パラメータを生成する工程を通じて、該スプロケット本体の外郭に位置するスプロケット外縁を生成し、該スプロケット外縁は、上の点、右の点、下の点、左の点、第１の楕円弧、第２の楕円弧、第３の楕円弧、及び、第４の楕円弧を有し、該上の点、該右の点、該下の点及び該左の点はそれぞれ、該スプロケット回転中心の０度、９０度、１８０度及び２７０度方向に位置し、
該第１の楕円弧は、該上の点と該右の点との間にあり、該第２の楕円弧は、該右の点と該下の点との間にあり、該第３の楕円弧は、該下の点と該左の点との間にあり、該第４の楕円弧は、該左の点と該上の点の間にある、輪郭形状を生成する工程と、
四、該スプロケット外縁を±１０％比例拡大／縮小することで、整数化した最小の歯形と歯数を取得し、更に該スプロケット本体の設計を完成する、最終歯形を完成する工程と、
を含む、４つの楕円弧を有する自転車用スプロケットの設計方法。

【請求項7】

該右左踏力比が１．１４～１．２６の範囲にある、請求項６に記載の４つの楕円弧を有する自転車用スプロケットの設計方法。

【請求項8】

該右左踏力比が１．２である、請求項７に記載の４つの楕円弧を有する自転車用スプロケットの設計方法。

【請求項9】

右足ペダル部品及び左足ペダル部品を更に含み、
該右足ペダル部品及び該左足ペダル部品はいずれも該スプロケット回転中心と同軸であり、それぞれ漕がれて自転車用スプロケットを駆動する、請求項６に記載の４つの楕円弧を有する自転車用スプロケットの設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、４つの楕円弧を有する自転車用スプロケット及びその設計方法に関する。特に、独特の４つの楕円弧を採用して優れた効率を有し、且つ異なる使用者に対してカスタマイズできる、４つの楕円弧を有する自転車用スプロケット及びその設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の自転車用スプロケットは、最も広く使用されているのは円形であり、例えば、図５に示されたように、Ｘ方向、Ｙ方向、又は他の方向の半径Ｒはいずれも等しく、言い換えれば、左足又は右足のいずれで漕ぐ時、生じるモーメントアームは一定である。多くのハイレベルの使用者（例えば、サイクリスト）は、より速いタイムとより高い効率を求めて、それにより試合の成績に大きな差異が出てくる。これらのハイレベルの使用者のうち、多くの人は左足の踏力が右足の踏力と異なっている。前述した考えに基づき、ある使用者は右足の踏力が比較的強いと仮定するが、従来の円形スプロケットでは、比較的強い右足の踏力を比較的大きいトルクに転換できない。現在、ある業者（ＴＷＩ７２２６８８の４つの楕円弧で組成された複合式スプロケットを有する自転車）は非円形スプロケットを制作したが、設計が非常に複雑で、業者が採用したがらない、或いは、採用の難度が非常に高い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、独特の４つの楕円弧を採用して優れた効率を有し、且つ異なる使用者に対してカスタマイズできるなどの利点を兼ね持つ、４つの楕円弧を有する自転車用スプロケット及びその設計方法を提供することである。特に、本発明が解決しようとする課題は、従来の円形スプロケットが使用者の比較的強いある足の踏力を比較的大きいトルクに転換できないこと、及び周知の非円形スプロケットの設計が非常に複雑で、業者が採用したがらない、或いは、採用の難度が非常に高いことなどである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記の課題を解決する技術的手段として、４つの楕円弧を有する自転車用スプロケット及びその設計方法を提供する。
自転車用スプロケットは、スプロケット本体と、スプロケット外縁と、を含む。
スプロケット本体は、スプロケット回転中心、第１のＸ軸半径、第１のＹ軸半径、第２のＸ軸半径、及び、第２のＹ軸半径を有する。
第１のＹ軸半径は、第１のＸ軸半径に等しい。使用者の右足の踏力を使用者の左足の踏力で割った数値を右左踏力比と定義すると、第１のＸ軸半径を第２のＸ軸半径で割った値は、右左踏力比に等しく、第２のＹ軸半径を第１のＹ軸半径で割った値は、右左踏力比に等しい。
スプロケット外縁は、スプロケット本体の外郭に位置し、且つスプロケット外縁は、上の点、右の点、下の点、左の点、第１の楕円弧、第２の楕円弧、第３の楕円弧、及び、第４の楕円弧を有する。
上の点、右の点、下の点及び左の点はそれぞれ、スプロケット回転中心の０度、９０度、１８０度及び２７０度方向に位置する。
第１の楕円弧は、上の点と右の点との間にあり、第２の楕円弧は、右の点と下の点との間にあり、第３の楕円弧は、下の点と左の点との間にあり、第４の楕円弧は、左の点と上の点との間にある。

【0005】

自転車用スプロケットの設計方法は、下記の工程を含む。
一、右左の踏力を測定する工程。
二、重要パラメータを生成する工程。
三、輪郭形状を生成する工程。
四、最終歯形を完成する工程。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の自転車用スプロケットの模式図である。

【図2】図１の簡略化（切り取られた円弧）模式図である。

【図3】本発明の踏力測定設計の模式図である。

【図4】本発明の設計方法のフローチャートである。

【図5】周知の自転車用スプロケットの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

図１～図３を参照する。本発明は、４つの楕円弧を有する自転車スプロケット構造、すなわち、自転車用スプロケット及びその設計方法であって、自転車用スプロケットは、スプロケット構造、すなわち、スプロケット本体１０Ａと、スプロケット外縁１０Ｂとを含む。

【0008】

スプロケット本体１０Ａは、スプロケット回転中心Ｃと、第１のＸ軸半径ＲＸ１と、第１のＹ軸半径ＲＹ１と、第２のＸ軸半径ＲＸ２と、第２のＹ軸半径ＲＹ２とを有する。第１のＹ軸半径ＲＹ１は、第１のＸ軸半径ＲＸ１に等しく、第１のＸ軸半径ＲＸ１を第２のＸ軸半径ＲＸ２で割った値は、ちょうど右左踏力比に等しい。右左踏力比は、使用者９１の右足の踏力ＦＲを使用者９１の左足の踏力ＦＬで割った数値と定義される。第２のＹ軸半径ＲＹ２を第１のＹ軸半径ＲＹ１で割った値は、ちょうど右左踏力比に等しい。

【0009】

スプロケット外縁１０Ｂは、スプロケット本体１０Ａの外郭に位置する。且つスプロケット外縁１０Ｂは、上の点Ｐ１と、右の点Ｐ２と、下の点Ｐ３と、左の点Ｐ４と、第１の楕円弧Ｌ１と、第２の楕円弧Ｌ２と、第３の楕円弧Ｌ３と、第４の楕円弧Ｌ４とを有する。上の点Ｐ１、右の点Ｐ２、下の点Ｐ３及び左の点Ｐ４はそれぞれ、スプロケット回転中心Ｃの０度、９０度、１８０度及び２７０度方向に位置する。第１の楕円弧Ｌ１は、上の点Ｐ１と右の点Ｐ２との間にあり、第２の楕円弧Ｌ２は、右の点Ｐ２と下の点Ｐ３との間にあり、第３の楕円弧Ｌ３は、下の点Ｐ３と左の点Ｐ４との間にあり、第４の楕円弧Ｌ４は、左の点Ｐ４と上の点Ｐ１との間にある。

【0010】

実際に、右左踏力比が１．１４～１．２６の範囲にある。
右左踏力比は１．２が好ましい数値である。

【0011】

本発明は、下記の構成を更に含んでもよい。
圧力検知ユニット２０（例えば、図３に図示）は、少なくとも１つのペダルセンサー２１と、コントローラ２２とを含む。少なくとも１つのペダルセンサー２１は、使用者９１の左足９１１と右足９１２の少なくとも一方に漕がれ、更に左足の踏力ＦＬと右足の踏力ＦＲをそれぞれ生成し、コントローラ２２にそれぞれ送信して、参考に供する。
少なくとも１つのペダルセンサー２１は、２つであってもよく、それぞれ使用者９１の左足９１１と右足９１２に漕がれる。
右足ペダル部品１０Ｃ（図１に図示）、及び左足ペダル部品１０Ｄを更に含んでもよい。右足ペダル部品１０Ｃ及び左足ペダル部品１０Ｄはいずれもスプロケット回転中心Ｃと同軸であり、それぞれ漕がれて自転車用スプロケットを駆動する。

【0012】

図４を参照する。本発明の設計方法は、下記の工程を含む。
一、右左の踏力を測定する工程Ｓ１。少なくとも１つのペダルセンサー２１と、コントローラ２２とを含む圧力検知ユニット２０（例えば、図３に図示）を設置する。少なくとも１つのペダルセンサー２１は、使用者９１の左足９１１と右足９１２の少なくとも一方に漕がれ、更に左足の踏力ＦＬと右足の踏力ＦＲをそれぞれ生成し、コントローラ２２にそれぞれ送信する。右足の踏力ＦＲを左足の踏力ＦＬで割った数値は、右左踏力比と定義される。

【0013】

二、重要パラメータを生成する工程Ｓ２。スプロケット本体１０Ａを設置し、右左踏力比に応じて、スプロケット本体１０Ａに対して、スプロケット回転中心Ｃと、第１のＸ軸半径ＲＸ１と、第１のＹ軸半径ＲＹ１と、第２のＸ軸半径ＲＸ２と、第２のＹ軸半径ＲＹ２とを定義する。第１のＹ軸半径ＲＹ１は、第１のＸ軸半径ＲＸ１に等しい。第１のＸ軸半径ＲＸ１を第２のＸ軸半径ＲＸ２で割った値は、ちょうど右左踏力比に等しい。且つ第２のＹ軸半径ＲＹ２を第１のＹ軸半径ＲＹ１で割った値は、ちょうど右左踏力比に等しい。

【0014】

三、輪郭形状を生成する工程Ｓ３。重要パラメータを生成する工程Ｓ２を通じて、スプロケット本体１０Ａの外郭に位置するスプロケット外縁１０Ｂを生成する。スプロケット外縁１０Ｂは、上の点Ｐ１と、右の点Ｐ２と、下の点Ｐ３と、左の点Ｐ４と、第１の楕円弧Ｌ１と、第２の楕円弧Ｌ２と、第３の楕円弧Ｌ３と、第４の楕円弧Ｌ４とを有する。上の点Ｐ１、右の点Ｐ２、下の点Ｐ３及び左の点Ｐ４はそれぞれ、スプロケット回転中心Ｃの０度、９０度、１８０度及び２７０度方向に位置する。第１の楕円弧Ｌ１は、上の点Ｐ１と右の点Ｐ２との間にあり、第２の楕円弧Ｌ２は、右の点Ｐ２と下の点Ｐ３との間にあり、第３の楕円弧Ｌ３は、下の点Ｐ３と左の点Ｐ４との間にあり、第４の楕円弧Ｌ４は、左の点Ｐ４と上の点Ｐ１との間にある。

【0015】

四、最終歯形を完成する工程Ｓ４。スプロケット外縁１０Ｂを±１０％比例拡大／縮小することで、整数化した最小の歯形と歯数を取得し、更にスプロケット本体１０Ａの設計を完成する。

【0016】

実際に、右左の踏力を測定する工程Ｓ１の部分に関しては、使用者９１の左足９１１又は右足９１２のそれぞれに力を入れてペダルセンサー２１（例えば、薄膜圧力センサー）を漕ぐ時、対応する左足の踏力ＦＬと右足の踏力ＦＲをそれぞれ収集できる。左足９１１と右足９１２をそれぞれ５回漕いで、その平均値を算出すれば、表１のデータが得られる。

【0017】

【表1】

【0018】

本発明の実験測定では、下記の２つの測定を行って分析した。
Ａ．同じケイデンス（ｃａｄｅｎｃｅ）で比較する。この実験分析は、本発明のスプロケット本体１０Ａを採用した場合と、従来の３４歯円形スプロケットを採用した場合とにおいて、それぞれ自転車を漕いで後輪速度を得る。そして、４つの異なるスピードレベル（ｓｐｅｅｄ ｌｅｖｅｌ）はそれぞれ、レベルＩ（９０ｒｐｍ）、レベルＩＩ（９５ｒｐｍ）、レベルＩＩＩ（１００ｒｐｍ）及びレベルＩＶ（１０５ｒｐｍ）とした。これらのレベルを選んだ理由は、最大の動力出力が得られるためであり、参考文献は、２０２０年のターピン及びワティアによるものである（Ｔｕｒｐｉｎ ａｎｄ Ｗａｔｉｅｒ，２０２０）。実際の測定結果を下記の表２に示す。

【0019】

【表2】

【0020】

レベルＩからすれば、１５２．５９／１４８．７２＝１．０２６０、即ち、従来の円形３４歯スプロケットタイプに対して、本発明のスプロケットタイプで生じる後輪速度は、従来の円形３４歯スプロケットタイプより２．６％速かった。そして、レベルＩＩ～レベルＩＶのデータも、前述した結論を裏付けている。

【0021】

Ｂ．同じ後輪速度で比較する。この実験の目的は、同じ後輪速度を達成するのに必要なクランクシャフトパワーを比較することである。これにより、異なるスプロケット設計における効率の差を知ることができる。この実験は、前の実験［Ａ］において、本発明のスプロケット本体１０Ａ及び従来の３４歯円形スプロケットがそれぞれ生じた後輪速度を用いた。実際の測定結果を下記の表３に示す。

【0022】

【表3】

【0023】

各レベルからすれば、同じ後輪速度で生じるダウンストロークパワーについて、本発明はより少ない動力で同じケイデンスを達成でき、各レベルにおいて約２２．１１％の差があった。この結果では、本発明はより少ない動力で同じケイデンスを達成でき、即ち、本発明は効率がより高いことを証明できる。

【0024】

本発明の利点及び効果は、下記のとおりである。
［１］スプロケットは、独特の４つの楕円弧を採用して優れた効率を有する。ハイレベルのサイクリストにとって、いかなる試合でも僅差で勝敗が分かれる。特に、１周り漕ぐと効率が２．６％違う場合、中距離試合では顕著な差が感じられ、長距離試合では騎乗効率が２．６％違えば、結果の差がより顕著となるため、本発明の設計は独特で効率が高い。したがって、スプロケットは独特の４つの楕円弧を採用して優れた効率を有する。
［２］異なる使用者に対して自転車用スプロケットをカスタマイズできる。一人一人の左足と右足の踏力が異なる可能性があり、本発明は簡単且つ特殊な方法でカスタマイズの目的を達成できるため、各自転車使用者の騎乗効率を最高に発揮して、カスタマイズの目的を達成する。したがって、異なる使用者に対して自転車用スプロケットをカスタマイズできる。

【符号の説明】

【0025】

１０Ａ スプロケット本体
１０Ｂ スプロケット外縁
１０Ｃ 右足ペダル部品
１０Ｄ 左足ペダル部品
２０ 圧力検知ユニット
２１ ペダルセンサー
２２ コントローラ
９１ 使用者
９１１ 左足
９１２ 右足
Ｓ１ 右左の踏力を測定する工程
Ｓ２ 重要パラメータを生成する工程
Ｓ３ 輪郭形状を生成する工程
Ｓ４ 最終歯形を完成する工程
ＦＲ 右足の踏力
ＦＬ 左足の踏力
Ｃ スプロケット回転中心
ＲＸ１ 第１のＸ軸半径
ＲＸ２ 第２のＸ軸半径
ＲＹ１ 第１のＹ軸半径
ＲＹ２ 第２のＹ軸半径
Ｐ１ 上の点
Ｐ２ 右の点
Ｐ３ 下の点
Ｐ４ 左の点
Ｌ１ 第１の楕円弧
Ｌ２ 第２の楕円弧
Ｌ３ 第３の楕円弧
Ｌ４ 第４の楕円弧
Ｒ 半径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】