JP3156790B2 - 自転車用変速装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クランク軸回りに遊星歯車機構を配設して
なる自転車用変速装置に関し、特に上記遊星歯車機構を
構成する内歯車が形成された従動回転体の形状，支持方
法等の改善に関する。

〔従来の技術〕

自転車用変速装置として、従来、例えば特開昭63−74
790号公報に記載されているように、クランクペダルで
駆動されるクランク軸回りに遊星歯車機構を配設してな
る遊星歯車式変速装置がある。これはクランクアームに
キャリアを固着し、該キャリア内に従動回転体を配置す
るとともに、該従動回転体を上記キャリアに取り付けら
れたローラで回転自在に支持し、上記キャリアで遊星歯
車列を支持するとともに、上記クランク軸回りに太陽歯
車を配設し、上記従動回転体の内周面に上記遊星歯車列
の歯車と噛合する内歯車を形成するとともに、外周面に
後輪駆動用スプロケットを形成した構造となっている。

この変速装置からの出力回転は、上記従動回転体の外
周に形成されたスプロケットからチェンを介して後輪に
伝達される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで上記公報記載の遊星歯車式変速装置は、後輪
をチェンで駆動する形式の自転車用のものである。従っ
て上記公報記載の変速装置を、シャフトドライブ式の自
転車にそのまま採用しようとすると各種の問題が生じ
る。

例えば、チェン駆動式自転車用の場合、従動回転体に
作用する荷重は、主として上記スプロケットを介して回
転方向に作用する荷重だけであり、従ってこの従動回転
体はそれほど高剛性，高強度が要求されることはない。
しかしシャフトドライブ式自転車用の場合、上記従動回
転体には回転方向だけでなく、曲げ方向の荷重も作用す
るから、従動回転体の剛性を高める必要がある。またこ
のような荷重が作用することから、従動回転体の支持剛
性も高める必要があり、しかも傘歯車によって出力回転
を取り出すことになるから、傘歯車同士の噛合を確実に
するため、従動回転体の支持精度も高める必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、従動回転
体自体の剛性，及びその支持剛性，支持精度を高めるこ
とができ、しかも出力回転取出用の駆動側傘歯車，及び
内歯車の形成が容易で、シャフトドライブ式の自転車に
適した変速装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、両端のクランクアームで回転駆動されるク
ランク軸と、該クランク軸に同軸をなすように装着固定
されたキャリアと、該キャリアの外側に位置し、上記ク
ランク軸と同軸をなすようにかつ回転自在に該クランク
軸に装着された従動回転体と、上記キャリアによって支
持された複数の径の異なる歯車を有する遊星歯車列と、
該遊星歯車列の各歯車と噛合し、上記クランク軸と同軸
をなすようにかつ回転可能に該クランク軸に装着された
複数の太陽歯車と、上記従動回転体に形成され、上記遊
星歯車列の何れかの歯車と噛合する内歯車と、上記何れ
かの太陽歯車を選択的にクランク軸に対して固定する変
速機構と、上記キャリアから従動回転体の回転力のみを
伝達する一方向クラッチ機構とを備え、上記クランク軸
の入力回転を所定変速比で変速し、上記従動回転体の出
力回転として取り出し、該従動回転体で後輪駆動用ドラ
イブ軸を駆動するようにした自転車用変速装置におい
て、上記キャリアに固定ボス部をクランク軸方向に延び
る筒状に形成するとともに、該固定ボス部内に上記クラ
ンク軸を同軸をなすよう挿入固定し、上記従動回転体を
筒状の側壁部及び該側壁部の底に位置する底壁部からな
る略碗形状の本体部と上記底壁部の軸芯に位置しクラン
ク軸方向に延びる筒状の支持ボス部とで構成するととも
に、該支持ボス部を上記キャリアの固定ボス部で同軸を
なすようかつ回転自在に支持し、上記従動回転体の本体
部の上記側壁部の内周面に上記内歯車を形成し、上記本
体部の底壁部の外表面に上記ドライブ軸の従動側傘歯車
と噛合する駆動側傘歯車を一体形成したことを特徴とし
ている。

〔作 用〕

本発明に係る自転車用変速装置によれば、従動回転体
の本体部を略碗形状にしたので、厚肉等にすることなく
従動回転体自体の剛性を向上できる。また略碗形状の本
体部の側壁部の内周面に内歯車を、底壁部の外表面に駆
動側傘歯車を形成したので、この内歯車，及び傘歯車の
形成が容易である。

また、キャリアの固定ボス部で従動回転体の支持ボス
部を支持するとともに、該支持ボス部に続く本体部の底
壁部の外表面に上記駆動側傘歯車を形成したので、この
傘歯車とドライブ軸の傘歯車との噛合位置と、該従動回
転体の支持位置とが略一致することとなり、この支持部
に作用する曲げモーメントが小さくて済む。

さらにまた、キャリアのクランク軸方向に延びる筒状
のボス部で従動回転体の筒状の支持ボス部を支持するよ
うにしたので、従動回転体の支持剛性及び支持精度を向
上できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図ないし第８図は本発明の一実施例による自転車
用変速装置を説明するための図であり、第１図は前部変
速装置の断面平面図、第２図，第３図は第１図のII−II
線,III−III線断面図、第４図は後部変速装置，副変速
装置の一部断面平面図、第５図は車軸支持パイプの正面
図、第６図は第５図のVI−VI線断面図、第７図は第４図
のVII−VII線断面図、第８図は該実施例自転車の右側面
図である。

図において、１は本実施例の変速装置を備えた自転車
であり、該自転車１は車体フレーム２のヘッドパイプ2a
で、下端で前輪３を軸支する前フォーク４を左右に操向
自在に軸支し、該前フォーク４の上端に操向ハンドル８
を固着し、メインパイプ2bの後端位置に起立配置された
シートパイプ2cの上端にシート７を装着し、上記シート
パイプ2c,メインパイプ2bの下端に後輪駆動装置９の前
端部を接続固定し、該後輪駆動装置９の後端部に後輪５
を装着して構成されている。なお、2dは上記ヘッドパイ
プ2aとシートパイプ2cとを接続する補強パイプ、2eはシ
ートパイプ2cと後輪駆動装置９の後部とを接続する支持
パイプである。

上記後輪駆動装置９は、前部変速装置32と、後部変速
装置65と、該前部変速装置32の出力回転を後部変速装置
65に伝達する動力伝達機構68と、該伝達機構68の途中に
設けられた補助変速装置12と、これらを支持する駆動フ
レーム62とから構成されている。

上記駆動フレーム62は、前部ギヤケース36と、後部ギ
ヤケース26とを右リヤパイプ11aで連結するとともに、
左リヤパイプ11bの前端を上記前部ギヤケース36にボル
ト38で固着した構成となっている。上記前部ギヤケース
36は左，右ケース36a,36bをボルト37て締結してなる
左，右分割式のものであり、右ケース36bの後面に上記
右リヤパイプ11aの前端に固着されたブラケット62aがボ
ルト締め固定されている。また上記後部ギヤケース26は
ケース本体26aにケースカバー26bをボルト29で締結して
なるものであり、ケースカバー26bに上記右リヤパイプ1
1aの後端部が固着されている。

また上記ケース本体26a内に挿入固定された車軸支持
パイプ30と上記左リヤパイプ11bの後端との間に車軸10
が架け渡されて固定されている。この車軸10に上記遊星
歯車式の後部変速装置65（３段変速）が装着されてお
り、該装置65のケーシングに上記後輪５のハブ5aが固着
されている。なお、31は車軸支持パイプ30の挿入孔を閉
塞するカバーである。

上記動力伝達機構68は、上記右リヤパイプ11a内に主
ドライブ軸13を、上記後部ケース26内に副ドライブ軸22
を同一直線をなすように挿入し、該主ドライブ軸13の前
端に前部従動側傘歯車60をスプライン嵌合によって固定
し、上記副ドライブ軸22の後端に後部駆動側傘歯車23を
スプライン嵌合により固定して構成されている。上記前
部従動側傘歯車60は、上記右ケース36bの後部で軸受61
を介して軸支されており、また上記後部駆動側傘歯車23
は上記後部ギヤケース26のケース本体26aで軸受24を介
して軸支されている。またこの傘歯車23は上記後部変速
装置65の右端に固着された後部従動側傘歯車25に噛合し
ている。なお、28はケース本体26aの後端部にボルト29
で固定されたカバーであり、これは軸受24の押さえ部材
になっている。

上記補助変速装置12は、上記ケースカバー26b内に収
容されており、以下の構成になっている。上記主ドライ
ブ軸13の後端に、内歯車17aを有するキャリア17が固着
され、これの前側に太陽歯車14が軸方向に摺動可能に装
着されており、上記キャリア17により上記太陽歯車14に
噛合する遊星歯車18が支持されている。また上記副ドラ
イブ軸22の前端に従動回転体20が固着され、該回転体20
の内周面には上記遊星歯車18に噛合する内歯車が形成さ
れている。なお、この従動回転体20は、上記ケース本体
26aの前端付近で軸受21を介して軸支されている。

また上記太陽歯車14は、ばね15で後方に付勢され、上
記キャリア17の内歯車17aに噛合するようになってお
り、かつ切り換えレバー16で前方に移動させることによ
り上記内歯車17aから分離可能になっている。また、前
方に移動した場合はプレート14aに噛合する。この切り
換えレバー16が固定された切り換え軸63はケースカバー
26bの外方に突出し、該突出部に固着された駆動レバー6
4には切り換えケーブル（図示せず）が接続されてお
り、該ケーブルは上記操向ハンドル８付近に配置された
補助変速レバーまで延びている。

上記前部変速装置32は、上記前部ギヤケース36内に収
容されており、クランク軸34に固定されたキャリア54
と、クランク軸34回りに回転可能に配設された従動回転
体59と、上記キャリア54に軸支された３組の遊星歯車列
53と、クランク軸34の回りに配設された第１〜第３太陽
歯車50〜52と、該太陽歯車の何れかを選択適に固定する
変速機構67と、上記キャリア54から従動回転体59への回
転力のみを伝達する一方向クラッチ機構66とから構成さ
れている。

上記クランク軸34は前部ケース36内に挿入され、その
左，右端部が左，右ケース36a,36bによって軸受41,39を
介して軸支されており、その左，右突出部に左，右のク
ランクアーム33a,33bが固定されている。なお、クラン
ク軸34とクランクアーム33a,33bとの固定方法はナット
又はボルトによる固定方法でも良い。40は軸受押さえ、
42,43はオイルシール、44はロックナットである。

上記キャリア54は、円盤状の本体部54dの軸芯に筒状
の固定ボス部54aを一体形成してなり、該固定ボス部54a
内に上記クランク軸34が挿入され、スプライン嵌合して
いる。

上記３組の遊星歯車列53は、上記クランク軸34を中心
とする同一円周上に120度間隔で配設されており、それ
ぞれ径の異なる第１〜第３歯車53a〜53aを有し、その中
心軸の右端は上記キャリア54の本体部54dで軸支され、
左端はブラケット55で軸支されている。またこのブラケ
ット55は上記本体部54dに一体形成された支柱部54eにボ
ルト56で固定されている。

上記第１〜第３太陽歯車50〜52は、クランク軸34回り
に回転可能になっており、該第１〜第３太陽歯車50〜52
のそれぞれに上記各遊星歯車列53の第１〜第３歯車53a
〜53cが噛合している。

上記変速機構67は、上記左ケース36aに回り止めされ
てクランク軸34に装着された爪胴45と、該爪胴45に回転
可能に装着された変速円筒47と、該変速円筒47と爪胴45
との間に配設された第１〜第３係止爪45b〜45dとから構
成されている。上記爪胴45は、円筒状のもので、その一
端に固着されたプレート45aがボルト46で左ケース36aに
固定されている。また上記第１〜第３係止爪45b〜45d
は、それぞれ一対づつ設けられ、第１〜第３太陽歯車50
〜52の内周面に形成されたラチェット50a〜52aに係止可
能に対応して、起伏自体に配設され、かつ付勢ばね47f
で起立状態に付勢されている。上記変速円筒47は、上記
第１〜第３係止爪45b〜45dを外方に突出させ得る第１〜
第３爪穴47c〜47eを有し、付勢ばね48によって上記全て
の係止爪が変速円筒の内方に没入する位置に付勢されて
いる。またこの変速円筒47の一端に固定された変速アー
ム47aの一端部47bには変速ケーブル49のインナケーブル
49aが接続されている。この変速ケーブル49は上記操向
ハンドル８付近に配設された変速ハンドル（図示せず）
に接続されている。

上記従動回転体59は、筒状の側壁部ａ及び該側壁部ａ
の底に位置する底壁部６からなり、上記キャリア54の本
体部54dを囲む略碗形状の本体部59dと、これの軸芯部分
に挿入固着された円筒状の支持ボス部59eとからなり、
この支持ボス部59eは軸受57,57を介して上記キャリア54
の固定ボス部54aで軸支されている。なお、上記本体部5
9dと支持ボス部59eとは一体形成しても良い。

また上記従動回転体59の本体部59dの上記側壁部ａの
内周面の先端部には、内歯車59aが一体形成されてお
り、これは上記遊星歯車列53の第３歯車53cに噛合して
いる。

上記キャリア54の本体部54dの外周面には、一対の係
止爪54cが起伏自在に、かつ起立状態に付勢ばね54bで付
勢されて配設されている。この係止爪54cは、上記従動
回転体59の本体部59dの内歯車59aより軸方向内方に形成
されたラチェット59cに係止可能になっており、これに
よりキャリア54から従動回転体59への回転力のみを伝達
する上記一方向クラッチ機構66が構成されている。

また上記従動回転体59の本体部59dの上記底壁部ｂの
外表面には前部駆動側傘歯車59bが一体形成されてお
り、これは上記主ドライブ軸13の前端に固着された前部
従動側傘歯車60に噛合している。この両傘歯車同士の噛
合点は、上記キャリア54の固定ボス部54aによる軸支部
の半径方向外方に位置している。

次に本実施例の作用効果について説明する。

本実施例装置では、クランク軸34の回転は、従動回転
体59に直接、又は遊星歯車列53を介して伝達され、該従
動回転体59の回転が伝動機構68を介して後輪５に伝達さ
れる。

第１速で走行する場合は、上記変速レバーを第１速の
位置に回動させる。すると変速円筒47が第１〜第３係止
爪45b〜45dを変速円筒47内に没入させる位置に回動し、
そのため全ての太陽歯車50〜52が回転可能となる。その
結果、クランク軸34の回転は、上記キャリヤ54から、こ
れの外周に配設されている係止爪54cを介して従動回転
体59に直接伝達され、該従動回転体59から主ドライブ軸
13に伝達される。

第２速で走行する場合は、上記変速レバーを第２速の
位置に回動させる。すると変速円筒47が、これの第３爪
穴47eが第３係止爪45dと一致する位置に回動し、これに
より該第３係止爪45dが第３爪穴47eから外方に突出して
第３太陽歯車52のラチェット52aに係止し、この第３太
陽歯車52を固定する。これにより上記キャリヤ54に配設
されている遊星歯車列53は第３歯車53cが第３太陽歯車5
2と噛合した状態でこの第３太陽歯車52上を転動するこ
ととなる。従って、クランク軸34の回転は、キャリア54
から遊星歯車列53を介して従動回転体59に伝達され、こ
れにより該従動回転体59は第１速の場合より速く回転す
る。なお、このとき、従動回転体59の回転速度がキャリ
ア54の回転速度より速いので、キャリヤ54に装着された
係止爪54cは従動回転体59のラチェット59cに係止するこ
とはない。

第３速で走行する場合は、上記変速レバーを第３速の
位置に回動させる。すると変速円筒47が、これの第２爪
穴47dが第２係止爪45cと一致する位置に回動し、これに
より該第２係止爪45cが第２爪穴47dから外方に突出して
第２太陽歯車51のラチェット51aに係止し、この第２太
陽歯車51を固定する。これにより上記遊星歯車列53は第
２歯車53bが第２太陽歯車51と噛合した状態でこの第２
太陽歯車51上を転動し、上記２速の場合より高速で回転
することとなる。この場合も、クランク軸34の回転は、
キャリア54から遊星歯車列53を介して従動回転体59に伝
達されるのであるが、この遊星歯車列53の回転速度が第
２速の場合より速いことから、従動回転体59は第２速の
場合よりさらに速く回転する。なお、この第３速の状態
では、第３係止爪45dは第３爪穴47eから突出したままに
なっているが、変速円筒47内に没入させるようにしても
よい。

なお第４速で走行する場合は、第１係止爪45bが第１
太陽歯車50を固定することから、遊星歯車列53がさらに
高速で回転し、その結果従動回転体59の回転がより速く
なる。

次に補助変速装置12の動作について第４図を参照して
説明する。

補助変速レバーを直結位置に回動させると、太陽歯車
14がキャリア17の内歯車17aに噛合し、従って主ドライ
ブ軸13の回転は、主ドライブ軸，遊星歯車18,従動回転
体20が一体化した状態で回転することによって副ドライ
ブ軸22に伝達される。

補助変速レバーを増速位置に回動させると、太陽歯車
14が前進し、上記噛合が外れるとともにプレート14aに
噛合して固定され、回転しなくなることから遊星歯車18
は自転しながら太陽歯車14上を転動し、これにより主ド
ライブ軸13の回転は増速されて副ドライブ軸22に伝達さ
れる。

上述のように動作する本実施例によれば４段変速の前
部変速装置32と、３段変速の後部変速装置65と、２段変
速の補助変速装置12を設けたので、合計24段変速という
多段化を容易に実現できる。

また本実施例の前部変速装置32によれば、従動回転体
59の本体部59dを略碗形状にしたので、厚肉等にするこ
となく該従動回転体59自体の剛性を向上できる。また上
記略碗形状の本体部59dの側壁部ａの内周面に内歯車59a
を、底壁部ｂの外表面に駆動側傘歯車59bを形成するよ
うにしたので、この内歯歯車59a,及び駆動側傘歯車59b
の形成加工が容易である。

また、キャリヤ54の固定ボス部54aで従動回転体59の
支持ボス部59eを支持するとともに、該支持ボス部59eに
続く本体部59dの底壁部ｂの外表面に上記駆動側傘歯車5
9bを形成したので、両傘歯車60,59b同士の噛合位置と、
該支持位置とが略一致することとなる。そのため上記支
持部に作用する曲げモーメントが小さくて済み、該部分
に無理な応力が発生することがない。

さらにまた、キャリア54のクランク軸方向に延びる円
筒状の固定ボス部54aで、従動回転体59の同じく円筒状
の支持ボス部59eを支持するようにしたので、従動回転
体59の支持剛性及び支持精度を向上できる。

〔発明の効果〕 以上のように本発明に係る自転車用変速装置によれ
ば、従動回転体の本体部を略碗形状にしたので、該従動
回転体自体の剛性を向上できるとともに、内歯歯車及び
駆動用傘歯車の形成加工が容易となる効果があり、また
キャリヤの固定ボス部の外周で上記従動回転体を支承し
たので、駆動用傘歯車の噛合位置を支持位置に近接させ
て無理な応力の発生を抑制できるとともに、従動回転体
の支持剛性，及び支持精度を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明の一実施例による自転車用
変速装置を説明するための図であり、第１図は前部変速
装置の断面平面図、第２図，第３図は第１図のII−II
線,III−III線断面図、第４図は後部変速装置，補助変
速装置の一部断面平面図、第５図は車軸支持パイプの正
面図、第６図は第５図のVI−VI線断面図、第７図は第４
図のVII−VII線断面図、第８図は該実施例自転車の右側
面図である。 図において、13は主ドライブ軸、32は前部変速装置、33
a,33bはクランクアーム、34はクランク軸、50〜52は太
陽歯車と、53は遊星歯車列、53a〜53cは径の異なる歯
車、54はキャリヤ、54aは固定ボス部、59は従動回転
体、59aは内歯車、59bは駆動側傘歯車、59dは本体部、5
9eは支持ボス部、60は従動側傘歯車、66は一方向クラッ
チ機構、67は変速機構、である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端のクランクアームで回転駆動されるク
   ランク軸と、該クランク軸に同軸をなすように装着固定
   されたキャリアと、該キャリアの外側に位置し、上記ク
   ランク軸と同軸をなすようにかつ回転自在に該クランク
   軸に装着された従動回転体と、上記キャリアによって支
   持された複数の径の異なる歯車を有する遊星歯車列と、
   該遊星歯車列の各歯車と噛合し、上記クランク軸と同軸
   をなすようにかつ回転可能に該クランク軸に装着された
   複数の太陽歯車と、上記従動回転体に形成され、上記遊
   星歯車列の何れかの歯車と噛合する内歯車と、上記何れ
   かの太陽歯車を選択的にクランク軸に対して固定する変
   速機構と、上記キャリアから従動回転体の回転力のみを
   伝達する一方向クラッチ機構とを備え、上記クランク軸
   の入力回転を所定変速比で変速し、上記従動回転体の出
   力回転として取り出し、該従動回転体で後輪駆動用ドラ
   イブ軸を駆動するようにした自転車用変速装置におい
   て、上記キャリアに固定ボス部をクランク軸方向に延び
   る筒状に形成するとともに、該固定ボス部内に上記クラ
   ンク軸を同軸をなすよう挿入固定し、上記従動回転体を
   筒状の側壁部及び該側壁部の底に位置する底壁部からな
   る略碗形状の本体部と上記底壁部の軸芯に位置しクラン
   ク軸方向に延びる筒状の支持ボス部とで構成するととも
   に、該支持ボス部を上記キャリアの固定ボス部で同軸を
   なすようかつ回転自在に支持し、上記従動回転体の本体
   部の上記側壁部の内周面に上記内歯車を形成し、上記本
   体部の底壁部の外表面に上記ドライブ軸の従動側傘歯車
   と噛合する駆動側傘歯車を一体形成したことを特徴とす
   る自動車用変速装置。