JP2007146986A - 自転車用変速装置 - Google Patents

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
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    • F16H3/083—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts with radially acting and axially controlled clutching members, e.g. sliding keys
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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Abstract

【課題】
公知の後輪駆動自転車や、将来商品化が考えられる前輪駆動車、2輪駆動車に対応した保守性の高い変速装置の提供。
【解決手段】
密閉されたケースの中にペダル軸と中間軸と出力軸を設け、ペダル軸と中間軸に歯数の異なる複数の歯車の組み合わせを構成し、出力軸は1個の歯車で連結し、ペダル軸上にボールと筒体で構成するクラッチを設け、ペダル軸を駆動側、出力軸を従動側として動力を伝え運転者の操作によりクラッチをシフトし歯車の組み合わせの中から変速比を選択し出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、公知の後輪駆動の自転車又は、これから商品化が期待される前輪駆動及び２輪駆動の自転車に取り付けが可能な、保守性を考慮した自転車用変速装置に関するものである。
自転車の変速装置は、駆動される後輪軸上に組み込まれ、チェーンを歯数の異なるスプロケットに掛け変えてなすものが実用化されている。しかし実用の変速装置では駆動方式が前輪駆動又は２輪駆動と多様化されると、駆動輪上に限定される変速装置では装置数がかさみコスト高となり、又チェーンの掛け変え方式では密閉構造にはしがたく保守性を高めづらい。
参考ではあるがペダル軸を入力とした密閉構造のものがあるが、その目的は無段変速装置であり、本発明が目的とする範囲とは異なる。
特開 ２００４−１６５０
解決しようとする課題はペダル軸を入力とした密閉状態の変速装置から出力できない点である。
本発明は、密閉されたケースの中にペダル軸と中間軸と出力軸を設け、ペダル軸と中間軸を歯数の異なる複数の歯車で連結し、出力軸は１個の歯車で連結し、ペダル軸上にボールクラッチを介在させ、数種類の変速出力が得られるペダル軸を入力として構成した変速装置。
ペダル軸を入力とし構成されたコンパクトで密閉構造をなした変速装置で車輪の駆動方式を問わず装着が可能でかつ保守、点検のわずらわしさを軽減できる利点がある。
ペダル軸を本装置の入力とし、シンプルな変速機構で全体をコンパクトに構成して自転車に装着を可能にした。
図１において、ペダル軸15を入力とした変速装置４がフレーム５に保持された自転車のほぼ中央に位置する。運転者がペダル３を踏めば動力は変速装置４を経て、前輪駆動の場合スプロケット６、７、８、９とチェーン11、12を介して前輪１へ伝え、後輪駆動の場合スプロケット６、10とチェーン13を介して後輪２へ伝え、２輪駆動の場合スプロケット６から全てのスプロケット、チェーンにより両車輪１、２へ伝達される。
図２において、ケース14の上部にペダル軸15が回転自在に貫通し、そのペダル軸外周に軸方向に自在に移動が可能な筒体18が被せられ、筒体18の一端に溝部を備えたフランジ18bが形成される。溝部にはフォーク23に保持されたローラ24が係合し、フォーク23が支点25を介してケース14の外からリンク26を介してシフトレバー27に連結する。シフトレバー27は運転者により操作する。シフトレバー27は運転者の操作の扱い易い場所へ延長して設置することができる。
図２において、ペダル軸15に被さった筒体18の外周には、歯数の異なる複数の歯車群16が拘束面14a、14bに軸方向を拘束され筒体18上で個々の歯車16a〜16dが自在に回転可能とし、ペダル軸15と筒体18、歯車群16の各歯車に係合しあうボール17が、1個又は複数個ペダル軸15上の軸直角面上に介在する。
図３において、ペダル軸15上にボール径の約１/２の深さで歯車幅、詳しくは（歯車数−１）×歯車幅（ボールの芯間）の長さを有するボール溝15aがボール数と同数介在する。ついで筒体18にもボール17を拘束する孔18aをボール数と同数設け、歯車群16の歯車16a〜16dの各々の内径面に筒体18よりはみ出たボール17が当接可能な切欠き28をボール17と同数設ける。したがって前項（００１０）で述べた運転者がシフトレバー27を操作すると筒体18は、ペダル軸15上をボール17を拘束しながら移動する。すなわちボール17は歯車群16の全ての歯車16a〜16dに係合しあい、ペダル軸15が回転すればボール17が係合した歯車16a〜16dのいずれかの歯車に回転を伝える。
図３において、歯車群16の各歯車16a〜16dの内径面の歯車の隣り合う角を削除し、隣同士の歯車間に空間室29が設けられ、ボール17が移動の際、両歯車の切欠き28に同時に係合することを防ぐためのニュートラルゾーンである。その状態を空間室ボール17aで示す。ボール17がニュートラル状態から隣の歯車の切欠き28へ移動の際、ペダル３を回転させ変速操作を補助する必要があり、シフトレバー27にはクラッチの連結状態を保持する考慮がなされていることは勿論である。
図２において、ペダル軸に平行に中間軸20を回転自在に設け、ペダル軸15の各々の歯車16a〜16dに咬み合う歯車体19を固定する。各々の咬み合う歯車同志16aと19a‥‥16dと19dはペダル軸15と中間軸20の軸間距離内で成立する異なった歯数をもって構成される。ペダル軸15が回転すればボール17が係合した歯車群16の歯車16a〜16dとそれに咬み合う歯車19a〜19dが歯車体に回転を与え、咬み合う歯車の有する歯車比で中間軸を変速する。この時ボール17が係合した歯車とそれに咬み合う歯車は決まった変速をしながら回転を伝えるが、逆に中間軸20上の歯車体19の他の歯車は、それに咬み合うペダル軸15上のボール17が係合していない歯車を回転させるが、これは動力の伝達、変速に関係の無い空転に他ならない。
図２において、出力軸22に固定された歯車21は歯車体19のいずれかの歯に咬み合っており、中間軸の動力を出力軸22に伝える。軸端にはスプロケット６が2個又は1個固定され、チェーンを動力伝達の手段として前後の車輪を駆動する。
以上の如く運転者が走行中ペダル３の作動を停止し、シフトレバー27をシフト後ペダル３の作動を再開すれば、シフトされたボール17が係合した歯車群16から歯車体19へ変速された動力を伝え、更に歯車21、スプロケット６を経て車輪を駆動して走行を継続する。
図１、図２において、ペダル軸15、中間軸20、出力軸22の３軸は、縦に直線に配列されているが、歯車の咬み合い順と軸間が保たれれば図の配列にこだわることはない。
図２において、ペダル軸15と中間軸20の間の動力伝達の媒体は、歯車に限定されるものではなく、チェーンを用いた伝達媒体に置き換える事も可能でありその場合中間軸が出力軸となり軸数は２軸で成立する。
2輪駆動車の駆動系統を示す説明図である。 変速装置の内部構造を示した断面説明図である ボールクラッチの内部構造を示した断面説明図である。
符号の説明
１ 前車輪
２ 後車輪
３ ペダル
４ 変速装置
５ フレーム
６ スプロケット
７ スプロケット
８ スプロケット
９ スプロケット
10 スプロケット
11 チェーン
12 チェーン
13 チェーン
14 ケース
14a 拘束面
14b 拘束面
15 ペダル軸
15a ボール溝
16 歯車群
16a 歯車
16b 歯車
16c 歯車
16d 歯車
17 ボール
17a 空間室ボール
18 筒体
18a 孔
19 歯車体
19a 歯車
19b 歯車
19c 歯車
19d 歯車
20 中間軸
21 歯車
22 出力軸
23 フォーク
24 ローラ
25 支点
26 リンク
27 シフトレバー
28 切欠き
29 空間室

Claims (1)

  1. ペダル軸に摺動自在に筒体を被せ、筒体に回転自在な歯数の異なる歯車を隣接して並べ、ペダル軸に平行に回転自在に設けた中間軸にペダル軸の歯車に咬み合う同数の歯車を一体化して固定し、更に中間軸に平行に回転自在に出力軸を設け、中間軸の歯車体の中の１個の歯車に咬み合う歯車を固定し、軸端にスプロケットを固定し自転車輪の駆動手段とし、ペダル軸と筒体と歯車に係合しあう１個又は複数のボールを、ペダル軸上を軸方向に自在に摺動可能な溝に介在させ、詳しくは筒体にはボールを拘束する孔を軸直角面上に設け、歯車内径にはボールが当接する切欠きを設け、更に歯車内径の角を削除してニュートラルゾーンとし、筒体が移動することでボールがクラッチとなり各歯車に係合し、ペダル軸を駆動側、出力軸を従動側として動力を伝え、ボールが係合しあう歯車とその歯車に咬み合う歯車の歯数比を選択でき、歯車の組み合わせの数の変速出力が得られることを特徴とする自転車の変速装置。

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