JP3838494B2 - 車両用変速装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用変速装置に係り、特に、複数の変速ギヤを一列に軸支する変速軸の複数を、相互に対応する変速ギヤ同士が噛み合うように並列配置して構成される常時噛み合い式の車両用変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自転車用変速装置としては、特開平９−２４９１８３号公報に開示されているように、自転車フレームに回動しないように締結されるハブ軸（太陽ギヤ）と、ハブ軸の外周に回転自在に取り付けられるハブ胴と、ハブ軸とハブ胴との間に設けられた複数の歯車（遊星ギヤ）とを具備し、チェーンスプロケットに伝達された踏力を、前記複数の遊星ギヤおよびそのクラッチ機構により多段に変速してハブ胴に伝達する遊星ギヤ式の変速装置が知られている。クラッチ機構のラチェットワンウエイを係止または係止解除させるための操作子はハブ軸に挿貫され、ラチェットワンウエイの係止およびその解除は、操作子をハブ軸に対して所定角度だけ回転させることにより行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
遊星ギヤ式の変速装置は部品点数が多いために、伝達効率が低いのみならず、多数の部品が軸方向に配置されるために、特に軸方向への小型化が難しい。したがって、車幅の制限が厳しい自転車用の変速装置としては好ましくない。
【０００４】
また、上記した従来技術では、クラッチ機構のラチェットワンウエイを係止または係止解除させるための操作子が筒状体であって、これを軸の外周部で所定角度だけ回動させなければならないので、軸自体が回転する変速機構には適用することが難しい。さらに、上記した従来技術では、トルクが加わっている状態では操作子を回動させることができず、変速ができなかった。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、軸自体が回転する変速機構に適用可能であり、簡単な構成で、かつ軸方向への小型化が可能な自転車用変速装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、複数の変速ギヤを中空軸で一列に軸支して構成された変速軸の複数を、相互に対応する変速ギヤ同士が歯合するように並列配置し、中空軸と同期回転する変速ギヤを変速軸ごとに選択的に切り替えて所望の減速比を得る車両用変速装置において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
(1)中空軸と変速ギヤとの間に設けられ、中空軸と各変速ギヤとを同期または同期解除するクラッチ機構と、前記中空軸内に収容されたクラッチ操作子と、変速操作に応答して回動されると共に、複数のクラッチ操作子をその軸方向に駆動させ、各軸のギヤを連動して選択的に切り替える略円盤状の操作子駆動手段とを具備し、前記クラッチ機構は、前記クラッチ操作子の軸方向の位置に応じて、各変速ギヤを中空軸に対して選択的に同期または同期解除させることを特徴とする。
(2)前記クラッチ機構が、中空軸の側壁を放射方向に貫通する開口内に浮沈自在に収容されたピン部材と、各変速ギヤを前記中空軸に対して、前記ピン部材の浮沈に連動して係止または係止解除する係止部材とを具備し、クラッチ操作子は棒状体であって、その外周面に予定の規則で配置された凹凸状のカム部を具備し、クラッチ操作子を中空軸内で移動させて前記カム部をピン部材の底部に係合させることにより、前記ピン部材を選択的に浮沈させることを特徴とする。
(3)前記カム部が、円周方向にカム溝からカム山へ連続する傾斜面を具備したことを特徴とする。
【０００７】
上記した特徴(1)によれば、クラッチ操作子を中空軸内に収容できるので、軸自体が回転する駆動系においても、簡単な構成で軸方向に小型化が可能な常時歯合式の変速装置を実現できる。
【０００８】
上記した特徴(2)によれば、クラッチ操作子が軸内に収容される常時歯合式の変速装置において、クラッチ機構を簡単な構成で実現できる。
【０００９】
上記した特徴(3)によれば、ピン部材がカム溝からカム山まで小さな力で、かつ滑らかに上昇できるので、踏力が加わっている状態でも変速を行えるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る変速機付き自転車の側面図である。
【００１１】
自転車１の車体フレーム２は、ヘッドパイプ２０およびヘッドパイプ２０から斜め下後方に、左右二股に延びるメインフレーム２１と、メインフレーム２１の後部に設けられる揺動軸２２で上下に揺動自在に支持されるスイングアーム２３とからなる。メインフレーム２１の下方には補強パイプ２４が設けられ、この補強パイプ２４とメインフレーム２１との間は、ブラケット２５および補強部材３９で結合される。前記スイングアーム２３は二股状のリヤフォークとすることができる。
【００１２】
スイングアーム２３の後端には後輪３Ｒが支持される。ヘッドパイプ２０には自転車１を操向可能なようにフロントフォーク４が枢支される。フロントフォーク４はアウタチューブとインナチューブとの組み合わせからなり、かつアウタチューブがインナチューブの上方に位置する倒立タイプである。フロントフォーク４の上部には、操向ハンドル５が設けられ、下部には前輪３Ｆが支持される。
【００１３】
メインフレーム２１と補強パイプ２４とは連結部材３９によって下部で連結され、この連結部材３９によって踏力伝達装置６が支持される。踏力伝達装置６は、クランク軸６１の回転を後輪３Ｒに伝達する変速機を含む。クランク軸６１には、クランク８を介してペダル９が取り付けられる。クランク８およびペダル９はクランク軸７に対して左右一対設けられる。
【００１４】
スイングアーム２３にはブラケット２３１が設けられ、メインフレーム２１にはブラケット２１１が設けられ、これらブラケット２３１および２１１間には、スイングアーム２３が上方に回動されるときの衝撃を緩和するクッション装置１８が設けられる。クッション装置１８にはリザーバタンク１９から作動流体が供給される。
【００１５】
メインフレーム２１にはリヤフェンダ３０が取り付けられ、リヤフェンダ３０とメインフレーム２１とにまたがってシート３１が装着される。リヤフェンダ３０は炭素繊維等、軽量素材で形成できる。前輪３Ｆおよび後輪３Ｒには、それぞれディスクブレーキ３２，３３が設けられる。また、操向ハンドル５に設けられる図示しない変速レバーから延びる変速機操作ケーブル１０１が前記補強パイプ２４に沿って踏力伝達装置６に延びている。
【００１６】
図２は、前記踏力伝達装置６のＡＡ線（図１）断面図であり、常時歯合式の変速機６０およびクランク軸６１を主要な構成とし、前記変速機６０は、複数の変速ギヤを一列に軸支する変速軸６３，６５，６７を並列配置して構成される。
【００１７】
クランク軸６１は、その両端をボールベアリング６８１，６９１により回動自在に支持されている。各ボールベアリング６８１，６９１の外輪は、それぞれ右ケース半体６８および左ケース半体６９に圧入固定されている。クランク軸６１の略中央部にはペダルスプロケット６１１が同軸状に挿貫されている。
【００１８】
変速機６０において、 第１変速軸６３は、中空の回転軸６３０と、この中空軸６３０を回動自在に支持し、自身は回動不能に支持された棒状のクラッチ操作子６３１と、中空軸６３０にクラッチ機構（本実施形態では、ラチェットワンウエイ機構）６３２ａ，６３３ａ，６３４ａを介して軸支された変速ギヤ６３２，６３３，６３４と、中空軸６３０に固定的に挿貫された被動スプロケット６３５と、中空軸６３０の側壁を貫通して浮沈自在に支持されたピン部材６３６，６３７と、クラッチ操作子６３１の一端に設けられたカムガイド６３８とを含む。
前記中空軸６３０は、その両端をボールベアリング６８２，６９２により回動自在に支持されている。各ボールベアリング６８２，６９２の外輪は、それぞれ右ケース半体６８および左ケース半体６９に圧入固定されている。第１変速軸６３の被動スプロケット６３５と前記クランク軸６１のペダルスプロケット６１１とは無端状のチェーン６０１により連結されている。
【００１９】
前記クラッチ操作子６３１には通路８８１，８８２が設けられ、この通路を経由してクラッチ操作子６３１の外周面凹部が外部と連通される。この結果、ピン部材６３６，６３７の浮沈に伴う前記外周面凹部の体積変化すなわち内圧変化が解消されるので、良好なシフトフィールが得られるようになる。
【００２０】
変速機６０の第２変速軸６５は、筒状の中空軸６５０と、中空軸６５０の外周に固定的に軸支された変速ギヤ６５２，６５３、６５４とを主要な構成とする。中空軸６５０は、その両端をボールベアリング６８３，６９３により回動自在に支持されている。各ボールベアリング６８３，６９３の外輪は、それぞれ右ケース半体６８および左ケース半体６９に圧入固定されている。
【００２１】
変速機６０の第３変速軸（出力軸）６７は、中空軸６７０と、中空軸６７０を回動自在に軸支し、自身は回動不能に支持された棒状のクラッチ操作子６７１と、中空軸６７０にラチェットワンウエイ機構６７２ａ，６７３ａ，６７４ａを介して軸支された変速ギヤ６７２，６７３，６７４と、中空軸６７０の側壁を貫通して浮沈自在に支持されたピン部材６７６，６７７と、クラッチ操作子６７１の一端に設けられたカムガイド６７８と、中空軸６７０の一端に連結された駆動スプロケット６７９とを含む。
【００２２】
前記中空軸６７０は、その両端をボールベアリング６８４，６９４により回動自在に支持されている。各ボールベアリング６８４，６９４の外輪は、それぞれ右ケース半体６８および左ケース半体６９に圧入固定されている。前記クラッチ操作子６７１には通路８８３，８８４が設けられている。
【００２３】
前記第１および第３変速軸６３，６７の各カムガイド６３８，６７８には、シフトプレート６６の外周面に沿って設けられた制御面６６１が係合している。このシフトプレート６６は、前記中空軸６５０の延長線上に固定的に配置された回転軸６６２により回動自在に軸支されている。シフトプレート６６の端部には、前記変速機操作ケーブル１０１のニップルを係止するためのケーブル掛け６４が挿貫されている。このシフトプレート６６は、一端が回転軸６６２のフランジ部に係止されたリターンスプリング６６４により、前記操作ケーブルによる回動方向（シフトダウン方向）とは反対側（シフトアップ方向）に常時付勢されている。前記ケーブル掛け６４には、一端がシフトプレート６６に係止されたロストモーションスプリング６６３の他端が係止されている。
【００２４】
前記ロストモーションスプリング６６３は、前記ケーブル掛け６４がシフトダウン方向へ回動された際に前記シフトプレート６６のロストモーションを可能にする。前記リターンスプリング６６４は、前記ケーブル掛け６４がシフトアップ方向へ回動された際に前記シフトプレート６６のロストモーションを可能にする。
【００２５】
図３は、前記シフトプレート６６の構造を示した図であり、同図(a)は正面図、同図(b)は同図(a)のＢＢ線断面図、同図(c)は、その外周面の円周方向に設けられた制御面６６１の展開平面図である。
【００２６】
制御面６６１は、同図(c)に示したように、その位置１（Ｍ）〜７（Ｍ），１（Ｄ）〜７（Ｄ）によって軸方向の位置が異なっている。位置１（Ｍ）〜７（Ｍ）は前記第１変速軸６３のカムガイド６３８と係合し、位置１（Ｄ）〜７（Ｄ）は前記第３変速軸６７のカムガイド６７８と係合する。変速段は、各カムガイド６３８，６７８がそれぞれ１（Ｍ），１（Ｄ）に係合すれば１段、同２（Ｍ），２（Ｄ）に係合すれば２段…同７（Ｍ），７（Ｄ）に係合すれば７段となる。
【００２７】
図４、５は、前記第１変速軸６３および第３変速軸６７のクラッチ機構を説明するための変速軸に沿った断面図およびそのＡＡ線断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００２８】
ここでは、５段（図２の状態）から４段へシフトダウンする場合、および６段へシフトアップする場合の動作を、第１変速軸６３に着目して説明する。
【００２９】
クラッチ操作子６３１の外周面には、図６に詳細に示したように、カム山６３１ａおよびカム溝６３１ｃが連続するカム部が形成されている。カム山６３１ａとカム溝６３１ｃとの境界部には、両者を結ぶ傾斜面６３１ｂが円周方向に沿って形成されている。
【００３０】
変速段が５段の状態では、第１変速軸６３のカムガイド６３８が図３(c)の位置５（Ｍ）に係合し、第３変速軸６７のガイド６７８は位置５（Ｄ）に係合し、この結果、後に詳述するように、第１変速軸６３の第１変速ギヤ６３２と第３変速軸の第２ギヤ６７３とが第２変速軸を介して連結される。
【００３１】
図１３は、各変速段１〜７における各カムガイド６３８、６７８の係合位置、および第２変速軸６５を介して相互に連結される第１および第３変速軸６３，６７の各変速ギアの対応関係を示した図であり、前記５段以外、例えば２段では、第１変速軸６３のカムガイド６３８が制御面６６１の位置２（Ｍ）に係合し、第３変速軸６７のカムガイド６７８は位置２（Ｄ）に係合する。この結果、第１変速軸６３の第３ギヤ６３４が第２変速軸６５を介して第３変速軸６３の第２変速ギヤ６７３と連結される。
【００３２】
図２に示した５段の状態のとき、第１変速軸６３では、図４(a)に示したように、ピン部材６３６，６３７のいずれもがクラッチ操作子６３１のカム溝６３１ｃに位置しているので、同図(b)に示したように、第１変速ギヤ６３２に関しては、一対のラチェット爪６３２ｂの自由端６３２ｃが中心方向に揺動され、中空軸６３０の外周面に設けられたギヤ歯６３０ａと正転方向に関して係合する。同様に、第２、第３変速ギヤ６３３，６３４も、中空軸６３０のギヤ歯６３０ａと正転方向に関して係合する。したがって、被動スプトケット６３５に入力された踏力に応じて中空軸６３０が矢印Ｂ方向に回転すれば、これに同期して全ての変速ギヤ６３２、６３３，６３４が矢印Ｂ方向に回転する。
【００３３】
ただし、第２変速軸６５は前記第１変速軸６３の第１変速ギヤ６３２から自身の第１変速ギヤ６５２に伝達される駆動力により最も高速に回動されるので、図１３にも示したように、第２変速軸６５へは、第１変速軸６３の第１変速ギヤ６３２から伝達される駆動力のみが作用し、第２，第３変速ギヤ６３３，６３４は、自身のクラッチ機構により実質的に空転することになる。
【００３４】
このとき、第３変速軸６７では、図１４(a)に示したように、ピン部材６７６がクラッチ操作子６７１のカム溝に位置し、ピン部材６７７はクラッチ操作子６７１のカム山に位置するので、第１および第２変速ギヤ６７２，６７３のラチェットワンウエイ６７２ａ，６７３ａのみがオンとなり、中空軸６７０と正転方向に関して係合する。ただし、第２変速ギヤ６７３の方が小径であり、第１変速ギヤ６７２はフリーとなるので、スプロケット６３５に入力された踏力は、第１変速軸６３の第１変速ギヤ６３２，第２変速軸６５および第３変速軸６７の第２変速ギヤ６７３を介して駆動スプロケット６７９に伝達される。
【００３５】
ここで、ドライバがペダルを漕ぎながら４段へのシフトダウン操作を行うと、変速操作ケーブル１０１が引き出されるので、シフトプレート６６がリターンスプリング６６４の弾性力に抗して回動する。このシフト操作により、前記第１変速軸６３のクラッチ操作子６３１が、前記制御面６６１とカムガイド６３８とによるカム機構により軸方向へ変位する。クラッチ操作子６３１が、図４(b)に示したように距離ΔＬ１だけ変位すると、ピン部材６３６がクラッチ操作子６３１の傾斜面６３１ｂの入口位置に達し、さらに中空軸６３０の回動に伴って傾斜面６３１ｂを乗り上げ始める。
【００３６】
ここで、ドライバの変速操作が素早く行われたり、操作回数が多い場合、あるいは登坂時のようにクランク回転速度が小さく、中空軸６３０に対するラッチ操作子６３１の軸方向移動速度が制限されてしまう場合には、シフトプレート６６の回転速度がケーブル掛け６４の回転速度に追従できず、両者の位相差に応じた弾性力が前記ロストモーションスプリング６６３に蓄積される。
【００３７】
その後、前記ロストモーションスプリング６６３に蓄積されていた弾性力と前記傾斜面６３１ｂとの相互作用により、図５(c)に示したように、踏力が入力されていればピン部材６３６が傾斜面６３１ｂを登り始め、さらに進むと、同図(d)に示したように、ピン部材６３６が、クラッチ操作子６３１のカム山６３１ａに乗り上げる。この結果、ラチェット爪６３２ｂの自由端６３２ｃがピン部材６３６によって放射方向へ押し上げられるので、第１変速ギヤ６３２と中空軸６３０との係合関係が解除され、変速ギヤ６３３、６３４のみが中空軸６３０との係合関係を維持できる。
【００３８】
このとき、第３変速軸６７もΔＬ１だけ変位し、そのカムガイド６７８が制御面６６１の位置４（Ｄ）に係合する。しかしながら、位置４（Ｄ）は位置５（Ｄ）と同一なので、第３変速軸６７の歯合状態は変化しない。この結果、第３変速軸６７では、第１，第２変速ギヤ６７２，６７３のクラッチがオン、第３変速ギヤのクラッチがオフとなるが、第２変速ギヤ６７３が第１変速ギヤ６７２よりも小径なので、第１変速ギヤ６７２はフリーとなる。したがって、スプロケット６３５に入力された踏力は、第１変速軸６３の第２変速ギヤ６３３，第２変速軸６５および第３変速軸６７の第２変速ギヤ６７３を介して駆動スプロケット６７９に伝達される。
【００３９】
一方、ドライバが６段へのシフトアップ操作を行うと、変速操作ケーブル１０１がリターンスプリング６６４の弾性力により引き込まれるので、シフトプレート６６が前記シフトダウン時とは逆向きに回動される。このシフト操作により、前記第１変速軸６３のクラッチ操作子６３１が、前記制御面６６１とカムガイド６３８とによるカム機構により軸方向へ変位し、そのカムガイド６３８が制御面６６１の位置６（Ｍ）に係合する。
【００４０】
なお、本実施形態では、図３(c)に示したように、制御面６６１の位置６（Ｍ）と前記位置４（Ｍ）とが同一なので、クラッチ操作子６３１およびピン部材６３６，６３７は、前記４段へのシフトダウン時と同様に動作する。
【００４１】
このシフトアップ時に、その操作が素早く行われる等により、シフトプレート６６の回転速度がケーブル掛け６４の回転速度に追従できないと、本実施形態では、両者の位相差に応じた弾性力が前記リターンスプリング６４６に蓄積されるので、前記と同様にシフトプレート６６のロストモーションが可能になる。
【００４２】
第３変速軸６７では、図１４(b)に示したように、ピン部材６７７もクラッチ操作子６７１のカム溝に落ちるので、全ての変速ギヤ６７２，６７３，６７４のラチェットワンウエイ６７２ａ，６７３ａ，６７４ａがオンとなる。ただし、第３変速軸６７では第３変速ギヤ６７４が最も小径なので、他の変速ギヤ６７２，６７３はフリーとなる。したがって、スプロケット６３５に入力された踏力は、図１３にも示したように、第１変速軸６３の第２変速ギヤ６３３，第２変速軸６５および第３変速軸６７の第３変速ギヤ６７４を介して駆動スプロケット６７９に伝達される。
【００４３】
このように、本実施形態によれば、クラッチ操作子６３１を中空軸６３０内に収容できるので、軸自体が回転する駆動系においても、簡単な構成で軸方向の小型化が可能な常時歯合式の変速装置を実現できる。
【００４４】
また、本実施形態では、クラッチ操作子６３１の外側面に形成した凹凸状のカム部に、そのカム溝６３１ｃとカム山６３１ａとを結ぶ傾斜面６３１ｂを円周方向に設け、ピン部材がカム溝６３１ｃからカム山６３１ａまで小さな力で、かつ滑らかに上昇できるようにしたので、クランク軸に踏力が加わっている状態でも変速できる。
【００４５】
さらに、本実施形態によれば、変速操作に変速機構が追従できない場合には、この変速操作がロストモーションスプリング６６３（シフトダウン時）またはリターンスプリング６４６（シフトアップ時）に弾性力として保持され、その後、この弾性力により変速機構が変速動作を行うので、変速操作が素早く行われたり、複数回の変速操作が行われたり、あるいは変速操作が低速走行時に行われたりした場合でも確実な変速が可能になる。したがって、変速タイミングに関する条件が緩和され、自由度の高い変速動作が可能になる。
【００４６】
図７は、前記踏力伝達装置の第２実施形態の断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００４７】
上記した第１実施形態では、第１および第３変速軸６３，６７のクラッチ操作子６３１，６７１と各変速ギヤとを係止または係止解除するクラッチ機構としてラチェットワンウエイ機構を採用するものとして説明したが、本実施形態では、前記ラチェットワンウエイ機構の代わりにローラワンウエイ機構を採用した点に特徴がある。なお、図７は４段の状態を表している。
【００４８】
変速機７０において、 第１変速軸７３は、筒状の中空軸７３０と、この中空軸７３０に挿貫された棒状のクラッチ操作子７３１と、中空軸７３０にクラッチ機構としてのローラワンウエイ機構を介して軸支された変速ギヤ６３２，６３３，６３４と、中空軸７３０に固定的に挿貫されたスプロケット６３５と、中空軸７３０の側壁を貫通して浮沈自在に支持されたピン部材６３６，６３７と、クラッチ操作子７３１の一端に設けられたカムガイド６３８とを主要な構成とする。中空軸７３０は、その両端をボールベアリング６８２，６９２により回動自在に支持されている。各ボールベアリング６８２，６９２の外輪は、それぞれ右ケース半体６８および左ケース半体６９に圧入されている。第１変速軸６３のスプロケット６３５と前記クランク軸６１のペダルスプロケット６１１とは無端状のチェーン６０１により連結されている。クラッチ操作子７３１には通路８８５，８８６が設けられている。
【００４９】
なお、変速機７０の第２変速軸７５は前記第１実施形態の第２変速軸６５と同等の構成を有する。変速機７０の第３変速軸７７も、クラッチ機構がローラワンウエイ機構である点を除いて前記第１実施形態の第３変速軸６７と同等の構成を有し、中空軸７７０に棒状のクラッチ操作子７７１が挿貫されている。クラッチ操作子７７１には通路８８６，８８７が設けられている。
【００５０】
図８は、ローラワンウエイ機構の構造を示した断面図、図９は、中空軸７３０の軸に沿った断面図［同図(a) ］およびそのＡＡ線断面図［同図(b) ］であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００５１】
図９(b)に示したように、中空軸７３０は、外側面の軸方向に沿って等間隔で６つのスリット７３０ａを具備し、各スリット７３０ａの底部一端側には、中心孔に貫通する開口７３０ｂが形成されている。前記スリット７３０ａの底部は、前記開口７３０ｂの形成された一端側が他端側よりも浅くなっている。
【００５２】
図８に戻り、前記中空軸７３０の各スリット７３０ａ内には、軸方向に複数（本実施形態では、３つ）のローラ７４１が一列に収容され、前記各開口７３０ｂには前記ピン部材６７６が浮沈自在に収容されている。 前記ローラ７４１には、図１０に示したように、その中央部の円周上に環状の溝７４１ａが形成されている。各スリット７３０ａの対向する側壁の一方には、当該スリット内でローラ７４１を他方の側壁側へ弾発するロックスプリング７４２が挿貫されている。
【００５３】
図１１は、前記ロックスプリング７４２の構成を示した斜視図であり、本実施形態では、一対のＬ型スプリング７４２ａ，７４２ｂのそれぞれの一方の主面同士を平面状に係合させた平面部と、前記一対のＬ型スプリングのそれぞれの他方の主面であって、前記平面部を一端および他端で支持する脚部とを含む。図１２は、前記ロックスプリング７４２、ローラ７４１およびピン部材６３６の相対的な位置関係を別の角度から見込んだ図である。
【００５４】
このような構成において、ピン部材６３６はクラッチ操作子７３１の軸方向の位置に応じて前記と同様に浮沈し、ピン部材６３６が沈んだ状態では、図８(a)に示したように、各ローラ７４１が各ロックスプリング７４２により図中時計回り方向へ弾発され、各スリット７３０ａ内を前記深い位置から浅い位置へ押される。したがって、中空軸７３０の外周面と変速ギヤ６３２の内周面とがローラ７４１を介して係止されるので、被動スプロケット６３５に入力された踏力に応じて中空軸７３０が矢印Ｂ方向に回転すると、これに同期して変速ギヤ６３２も矢印Ｂ方向に回転する。
【００５５】
これに対して、ピン部材６３６が浮上した状態では、図８(b)に示したように、各ローラ７４１がピン部材６３６により、前記各ロックスプリング７４２の弾発力に抗して図中反時計回り方向へ押し戻され、中空軸７３０の各スリット内を、浅い位置から深い位置へ移動する。この結果、ローラ７４１を介した中空軸７３０と変速ギヤ６３２との係止が解消されるので、被動スプロケット６３５に入力された踏力に応じて中空軸７３０が矢印Ｂ方向に回転しても、変速ギヤ６３２は回転しない。
【００５６】
本実施形態によれば、上記した第１実施形態と同等の効果が得られるのみならず、ローラワンウエイ構造では、前記ラチェットワンウエイ構造に較べてラッシュが小さくなるため、踏力を入力しながら変速した際のペダル部でのショックおよびラッシュの発生を大幅に低減することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)クラッチ操作子を中空軸内に収容できるので、軸自体が回転する駆動系においても、簡単な構成で軸方向に小型化が可能な常時歯合式の変速装置を実現できる。
(2)クラッチ操作子が軸内に収容される常時歯合式の変速装置において、クラッチ機構を簡単な構成で実現できる。また、複数のクラッチ操作子を一つのカム機構により動作させるので、各クラッチ操作子の簡単かつ正確に同期させることができ、その結果、良好なシフトフィーリングが得られる。
(3)クラッチ機構のピン部材が、クラッチ操作子表面に形成されたカムのカム溝からカム山へ、小さな力で、かつ滑らかに上昇できるので、踏力が加わっている状態でも変速を行えるようになる。
(4)変速操作に変速機構が追従できない場合には、この変速操作がロストモーションスプリングまたはリターンスプリングに弾性力として保持され、その後、この弾性力により変速機構が変速動作を行うので、変速操作が素早く行われたり、複数回の変速操作が行われたり、あるいは変速操作が低速走行時に行われたりした場合でも確実な変速が可能になる。したがって、変速タイミングに関する条件が緩和され、自由度の高い変速動作が可能になる。
(5)クラッチ機構としてローラワンウエイ構造を採用すれば、踏力を入力しながら変速した際のペダル部でのショックおよびラッシュの発生を、クラッチ機構としてラチェットワンウエイ構造を採用した場合に較べて大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る変速機付き自転車の側面図である。
【図２】 図１に示した踏力伝達装置のＡＡ線断面図である。
【図３】 シフトプレート６６の構成を示した図である。
【図４】 変速軸の動作を示した図（その１）である。
【図５】 変速軸の動作を示した図（その２）である。
【図６】 クラッチ操作子の構成を示した図である。
【図７】 図１に示した踏力伝達装置の他の実施形態の線断面図である。
【図８】 ローラワンウエイ機構の断面図である。
【図９】 中空軸の断面図である。
【図１０】 ローラワンウエイ機構のローラの斜視図である。
【図１１】 ローラワンウエイ機構のロックスプリングの斜視図である。
【図１２】 ローラワンウエイ機構の主要部の構成を示した図である。
【図１３】 各変速段におけるカムガイドの係合位置および相互に連結される第１および第３変速軸の各変速ギアの対応関係を示した図である。
【図１４】 第３変速軸の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
６０…常時歯合式変速機、６１…クランク軸、６３，６５，６７…変速軸、６６…シフトプレート、６８…右ケース半体、６９…左ケース半体、６０１…チェーン、６１１…ペダルスプロケット、６３０，６５０…中空軸、６３１，６７１…クラッチ操作子、６３２，６３３，６３４，６５２，６５３，６５４，６７２，６７３，６７４…変速ギヤ、６３５…被動スプロケット、６３６，６３７…ピン部材、６３８，６７８…カムガイド、６６１…制御面
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用変速装置に係り、特に、複数の変速ギヤを一列に軸支する変速軸の複数を、相互に対応する変速ギヤ同士が噛み合うように並列配置して構成される常時噛み合い式の車両用変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自転車用変速装置としては、特開平９−２４９１８３号公報に開示されているように、自転車フレームに回動しないように締結されるハブ軸（太陽ギヤ）と、ハブ軸の外周に回転自在に取り付けられるハブ胴と、ハブ軸とハブ胴との間に設けられた複数の歯車（遊星ギヤ）とを具備し、チェーンスプロケットに伝達された踏力を、前記複数の遊星ギヤおよびそのクラッチ機構により多段に変速してハブ胴に伝達する遊星ギヤ式の変速装置が知られている。クラッチ機構のラチェットワンウエイを係止または係止解除させるための操作子はハブ軸に挿貫され、ラチェットワンウエイの係止およびその解除は、操作子をハブ軸に対して所定角度だけ回転させることにより行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
遊星ギヤ式の変速装置は部品点数が多いために、伝達効率が低いのみならず、多数の部品が軸方向に配置されるために、特に軸方向への小型化が難しい。したがって、車幅の制限が厳しい自転車用の変速装置としては好ましくない。
【０００４】
また、上記した従来技術では、クラッチ機構のラチェットワンウエイを係止または係止解除させるための操作子が筒状体であって、これを軸の外周部で所定角度だけ回動させなければならないので、軸自体が回転する変速機構には適用することが難しい。さらに、上記した従来技術では、トルクが加わっている状態では操作子を回動させることができず、変速ができなかった。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、軸自体が回転する変速機構に適用可能であり、簡単な構成で、かつ軸方向への小型化が可能な自転車用変速装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、複数の変速ギヤを中空軸で一列に軸支して構成された変速軸の複数を、相互に対応する変速ギヤ同士が歯合するように並列配置し、中空軸と同期回転する変速ギヤを変速軸ごとに選択的に切り替えて所望の減速比を得る車両用変速装置において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
(1)中空軸と変速ギヤとの間に設けられ、中空軸と各変速ギヤとを同期または同期解除するクラッチ機構と、前記中空軸内に収容されたクラッチ操作子と、変速操作に応答して回動されると共に、複数のクラッチ操作子をその軸方向に駆動させ、各軸のギヤを連動して選択的に切り替える略円盤状の操作子駆動手段とを具備し、前記クラッチ機構は、前記クラッチ操作子の軸方向の位置に応じて、各変速ギヤを中空軸に対して選択的に同期または同期解除させることを特徴とする。
(2)前記クラッチ機構が、中空軸の側壁を放射方向に貫通する開口内に浮沈自在に収容されたピン部材と、各変速ギヤを前記中空軸に対して、前記ピン部材の浮沈に連動して係止または係止解除する係止部材とを具備し、クラッチ操作子は棒状体であって、その外周面に予定の規則で配置された凹凸状のカム部を具備し、クラッチ操作子を中空軸内で移動させて前記カム部をピン部材の底部に係合させることにより、前記ピン部材を選択的に浮沈させることを特徴とする。
(3)前記カム部が、円周方向にカム溝からカム山へ連続する傾斜面を具備したことを特徴とする。
【０００７】
上記した特徴(1)によれば、クラッチ操作子を中空軸内に収容できるので、軸自体が回転する駆動系においても、簡単な構成で軸方向に小型化が可能な常時歯合式の変速装置を実現できる。
【０００８】
上記した特徴(2)によれば、クラッチ操作子が軸内に収容される常時歯合式の変速装置において、クラッチ機構を簡単な構成で実現できる。
【０００９】
上記した特徴(3)によれば、ピン部材がカム溝からカム山まで小さな力で、かつ滑らかに上昇できるので、踏力が加わっている状態でも変速を行えるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る変速機付き自転車の側面図である。
【００１１】
自転車１の車体フレーム２は、ヘッドパイプ２０およびヘッドパイプ２０から斜め下後方に、左右二股に延びるメインフレーム２１と、メインフレーム２１の後部に設けられる揺動軸２２で上下に揺動自在に支持されるスイングアーム２３とからなる。メインフレーム２１の下方には補強パイプ２４が設けられ、この補強パイプ２４とメインフレーム２１との間は、ブラケット２５および補強部材３９で結合される。前記スイングアーム２３は二股状のリヤフォークとすることができる。
【００１２】
スイングアーム２３の後端には後輪３Ｒが支持される。ヘッドパイプ２０には自転車１を操向可能なようにフロントフォーク４が枢支される。フロントフォーク４はアウタチューブとインナチューブとの組み合わせからなり、かつアウタチューブがインナチューブの上方に位置する倒立タイプである。フロントフォーク４の上部には、操向ハンドル５が設けられ、下部には前輪３Ｆが支持される。
【００１３】
メインフレーム２１と補強パイプ２４とは連結部材３９によって下部で連結され、この連結部材３９によって踏力伝達装置６が支持される。踏力伝達装置６は、クランク軸６１の回転を後輪３Ｒに伝達する変速機を含む。クランク軸６１には、クランク８を介してペダル９が取り付けられる。クランク８およびペダル９はクランク軸７に対して左右一対設けられる。
【００１４】
スイングアーム２３にはブラケット２３１が設けられ、メインフレーム２１にはブラケット２１１が設けられ、これらブラケット２３１および２１１間には、スイングアーム２３が上方に回動されるときの衝撃を緩和するクッション装置１８が設けられる。クッション装置１８にはリザーバタンク１９から作動流体が供給される。
【００１５】
メインフレーム２１にはリヤフェンダ３０が取り付けられ、リヤフェンダ３０とメインフレーム２１とにまたがってシート３１が装着される。リヤフェンダ３０は炭素繊維等、軽量素材で形成できる。前輪３Ｆおよび後輪３Ｒには、それぞれディスクブレーキ３２，３３が設けられる。また、操向ハンドル５に設けられる図示しない変速レバーから延びる変速機操作ケーブル１０１が前記補強パイプ２４に沿って踏力伝達装置６に延びている。
【００１６】
図２は、前記踏力伝達装置６のＡＡ線（図１）断面図であり、常時歯合式の変速機６０およびクランク軸６１を主要な構成とし、前記変速機６０は、複数の変速ギヤを一列に軸支する変速軸６３，６５，６７を並列配置して構成される。
【００１７】
クランク軸６１は、その両端をボールベアリング６８１，６９１により回動自在に支持されている。各ボールベアリング６８１，６９１の外輪は、それぞれ右ケース半体６８および左ケース半体６９に圧入固定されている。クランク軸６１の略中央部にはペダルスプロケット６１１が同軸状に挿貫されている。
【００１８】
変速機６０において、 第１変速軸６３は、中空の回転軸６３０と、この中空軸６３０を回動自在に支持し、自身は回動不能に支持された棒状のクラッチ操作子６３１と、中空軸６３０にクラッチ機構（本実施形態では、ラチェットワンウエイ機構）６３２ａ，６３３ａ，６３４ａを介して軸支された変速ギヤ６３２，６３３，６３４と、中空軸６３０に固定的に挿貫された被動スプロケット６３５と、中空軸６３０の側壁を貫通して浮沈自在に支持されたピン部材６３６，６３７と、クラッチ操作子６３１の一端に設けられたカムガイド６３８とを含む。
前記中空軸６３０は、その両端をボールベアリング６８２，６９２により回動自在に支持されている。各ボールベアリング６８２，６９２の外輪は、それぞれ右ケース半体６８および左ケース半体６９に圧入固定されている。第１変速軸６３の被動スプロケット６３５と前記クランク軸６１のペダルスプロケット６１１とは無端状のチェーン６０１により連結されている。
【００１９】
前記クラッチ操作子６３１には通路８８１，８８２が設けられ、この通路を経由してクラッチ操作子６３１の外周面凹部が外部と連通される。この結果、ピン部材６３６，６３７の浮沈に伴う前記外周面凹部の体積変化すなわち内圧変化が解消されるので、良好なシフトフィールが得られるようになる。
【００２０】
変速機６０の第２変速軸６５は、筒状の中空軸６５０と、中空軸６５０の外周に固定的に軸支された変速ギヤ６５２，６５３、６５４とを主要な構成とする。中空軸６５０は、その両端をボールベアリング６８３，６９３により回動自在に支持されている。各ボールベアリング６８３，６９３の外輪は、それぞれ右ケース半体６８および左ケース半体６９に圧入固定されている。
【００２１】
変速機６０の第３変速軸（出力軸）６７は、中空軸６７０と、中空軸６７０を回動自在に軸支し、自身は回動不能に支持された棒状のクラッチ操作子６７１と、中空軸６７０にラチェットワンウエイ機構６７２ａ，６７３ａ，６７４ａを介して軸支された変速ギヤ６７２，６７３，６７４と、中空軸６７０の側壁を貫通して浮沈自在に支持されたピン部材６７６，６７７と、クラッチ操作子６７１の一端に設けられたカムガイド６７８と、中空軸６７０の一端に連結された駆動スプロケット６７９とを含む。
【００２２】
前記中空軸６７０は、その両端をボールベアリング６８４，６９４により回動自在に支持されている。各ボールベアリング６８４，６９４の外輪は、それぞれ右ケース半体６８および左ケース半体６９に圧入固定されている。前記クラッチ操作子６７１には通路８８３，８８４が設けられている。
【００２３】
前記第１および第３変速軸６３，６７の各カムガイド６３８，６７８には、シフトプレート６６の外周面に沿って設けられた制御面６６１が係合している。このシフトプレート６６は、前記中空軸６５０の延長線上に固定的に配置された回転軸６６２により回動自在に軸支されている。シフトプレート６６の端部には、前記変速機操作ケーブル１０１のニップルを係止するためのケーブル掛け６４が挿貫されている。このシフトプレート６６は、一端が回転軸６６２のフランジ部に係止されたリターンスプリング６６４により、前記操作ケーブルによる回動方向（シフトダウン方向）とは反対側（シフトアップ方向）に常時付勢されている。前記ケーブル掛け６４には、一端がシフトプレート６６に係止されたロストモーションスプリング６６３の他端が係止されている。
【００２４】
前記ロストモーションスプリング６６３は、前記ケーブル掛け６４がシフトダウン方向へ回動された際に前記シフトプレート６６のロストモーションを可能にする。前記リターンスプリング６６４は、前記ケーブル掛け６４がシフトアップ方向へ回動された際に前記シフトプレート６６のロストモーションを可能にする。
【００２５】
図３は、前記シフトプレート６６の構造を示した図であり、同図(a)は正面図、同図(b)は同図(a)のＢＢ線断面図、同図(c)は、その外周面の円周方向に設けられた制御面６６１の展開平面図である。
【００２６】
制御面６６１は、同図(c)に示したように、その位置１（Ｍ）〜７（Ｍ），１（Ｄ）〜７（Ｄ）によって軸方向の位置が異なっている。位置１（Ｍ）〜７（Ｍ）は前記第１変速軸６３のカムガイド６３８と係合し、位置１（Ｄ）〜７（Ｄ）は前記第３変速軸６７のカムガイド６７８と係合する。変速段は、各カムガイド６３８，６７８がそれぞれ１（Ｍ），１（Ｄ）に係合すれば１段、同２（Ｍ），２（Ｄ）に係合すれば２段…同７（Ｍ），７（Ｄ）に係合すれば７段となる。
【００２７】
図４、５は、前記第１変速軸６３および第３変速軸６７のクラッチ機構を説明するための変速軸に沿った断面図およびそのＡＡ線断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００２８】
ここでは、５段（図２の状態）から４段へシフトダウンする場合、および６段へシフトアップする場合の動作を、第１変速軸６３に着目して説明する。
【００２９】
クラッチ操作子６３１の外周面には、図６に詳細に示したように、カム山６３１ａおよびカム溝６３１ｃが連続するカム部が形成されている。カム山６３１ａとカム溝６３１ｃとの境界部には、両者を結ぶ傾斜面６３１ｂが円周方向に沿って形成されている。
【００３０】
変速段が５段の状態では、第１変速軸６３のカムガイド６３８が図３(c)の位置５（Ｍ）に係合し、第３変速軸６７のガイド６７８は位置５（Ｄ）に係合し、この結果、後に詳述するように、第１変速軸６３の第１変速ギヤ６３２と第３変速軸の第２ギヤ６７３とが第２変速軸を介して連結される。
【００３１】
図１３は、各変速段１〜７における各カムガイド６３８、６７８の係合位置、および第２変速軸６５を介して相互に連結される第１および第３変速軸６３，６７の各変速ギアの対応関係を示した図であり、前記５段以外、例えば２段では、第１変速軸６３のカムガイド６３８が制御面６６１の位置２（Ｍ）に係合し、第３変速軸６７のカムガイド６７８は位置２（Ｄ）に係合する。この結果、第１変速軸６３の第３ギヤ６３４が第２変速軸６５を介して第３変速軸６３の第２変速ギヤ６７３と連結される。
【００３２】
図２に示した５段の状態のとき、第１変速軸６３では、図４(a)に示したように、ピン部材６３６，６３７のいずれもがクラッチ操作子６３１のカム溝６３１ｃに位置しているので、同図(b)に示したように、第１変速ギヤ６３２に関しては、一対のラチェット爪６３２ｂの自由端６３２ｃが中心方向に揺動され、中空軸６３０の外周面に設けられたギヤ歯６３０ａと正転方向に関して係合する。同様に、第２、第３変速ギヤ６３３，６３４も、中空軸６３０のギヤ歯６３０ａと正転方向に関して係合する。したがって、被動スプトケット６３５に入力された踏力に応じて中空軸６３０が矢印Ｂ方向に回転すれば、これに同期して全ての変速ギヤ６３２、６３３，６３４が矢印Ｂ方向に回転する。
【００３３】
ただし、第２変速軸６５は前記第１変速軸６３の第１変速ギヤ６３２から自身の第１変速ギヤ６５２に伝達される駆動力により最も高速に回動されるので、図１３にも示したように、第２変速軸６５へは、第１変速軸６３の第１変速ギヤ６３２から伝達される駆動力のみが作用し、第２，第３変速ギヤ６３３，６３４は、自身のクラッチ機構により実質的に空転することになる。
【００３４】
このとき、第３変速軸６７では、図１４(a)に示したように、ピン部材６７６がクラッチ操作子６７１のカム溝に位置し、ピン部材６７７はクラッチ操作子６７１のカム山に位置するので、第１および第２変速ギヤ６７２，６７３のラチェットワンウエイ６７２ａ，６７３ａのみがオンとなり、中空軸６７０と正転方向に関して係合する。ただし、第２変速ギヤ６７３の方が小径であり、第１変速ギヤ６７２はフリーとなるので、スプロケット６３５に入力された踏力は、第１変速軸６３の第１変速ギヤ６３２，第２変速軸６５および第３変速軸６７の第２変速ギヤ６７３を介して駆動スプロケット６７９に伝達される。
【００３５】
ここで、ドライバがペダルを漕ぎながら４段へのシフトダウン操作を行うと、変速操作ケーブル１０１が引き出されるので、シフトプレート６６がリターンスプリング６６４の弾性力に抗して回動する。このシフト操作により、前記第１変速軸６３のクラッチ操作子６３１が、前記制御面６６１とカムガイド６３８とによるカム機構により軸方向へ変位する。クラッチ操作子６３１が、図４(b)に示したように距離ΔＬ１だけ変位すると、ピン部材６３６がクラッチ操作子６３１の傾斜面６３１ｂの入口位置に達し、さらに中空軸６３０の回動に伴って傾斜面６３１ｂを乗り上げ始める。
【００３６】
ここで、ドライバの変速操作が素早く行われたり、操作回数が多い場合、あるいは登坂時のようにクランク回転速度が小さく、中空軸６３０に対するラッチ操作子６３１の軸方向移動速度が制限されてしまう場合には、シフトプレート６６の回転速度がケーブル掛け６４の回転速度に追従できず、両者の位相差に応じた弾性力が前記ロストモーションスプリング６６３に蓄積される。
【００３７】
その後、前記ロストモーションスプリング６６３に蓄積されていた弾性力と前記傾斜面６３１ｂとの相互作用により、図５(c)に示したように、踏力が入力されていればピン部材６３６が傾斜面６３１ｂを登り始め、さらに進むと、同図(d)に示したように、ピン部材６３６が、クラッチ操作子６３１のカム山６３１ａに乗り上げる。この結果、ラチェット爪６３２ｂの自由端６３２ｃがピン部材６３６によって放射方向へ押し上げられるので、第１変速ギヤ６３２と中空軸６３０との係合関係が解除され、変速ギヤ６３３、６３４のみが中空軸６３０との係合関係を維持できる。
【００３８】
このとき、第３変速軸６７もΔＬ１だけ変位し、そのカムガイド６７８が制御面６６１の位置４（Ｄ）に係合する。しかしながら、位置４（Ｄ）は位置５（Ｄ）と同一なので、第３変速軸６７の歯合状態は変化しない。この結果、第３変速軸６７では、第１，第２変速ギヤ６７２，６７３のクラッチがオン、第３変速ギヤのクラッチがオフとなるが、第２変速ギヤ６７３が第１変速ギヤ６７２よりも小径なので、第１変速ギヤ６７２はフリーとなる。したがって、スプロケット６３５に入力された踏力は、第１変速軸６３の第２変速ギヤ６３３，第２変速軸６５および第３変速軸６７の第２変速ギヤ６７３を介して駆動スプロケット６７９に伝達される。
【００３９】
一方、ドライバが６段へのシフトアップ操作を行うと、変速操作ケーブル１０１がリターンスプリング６６４の弾性力により引き込まれるので、シフトプレート６６が前記シフトダウン時とは逆向きに回動される。このシフト操作により、前記第１変速軸６３のクラッチ操作子６３１が、前記制御面６６１とカムガイド６３８とによるカム機構により軸方向へ変位し、そのカムガイド６３８が制御面６６１の位置６（Ｍ）に係合する。
【００４０】
なお、本実施形態では、図３(c)に示したように、制御面６６１の位置６（Ｍ）と前記位置４（Ｍ）とが同一なので、クラッチ操作子６３１およびピン部材６３６，６３７は、前記４段へのシフトダウン時と同様に動作する。
【００４１】
このシフトアップ時に、その操作が素早く行われる等により、シフトプレート６６の回転速度がケーブル掛け６４の回転速度に追従できないと、本実施形態では、両者の位相差に応じた弾性力が前記リターンスプリング６４６に蓄積されるので、前記と同様にシフトプレート６６のロストモーションが可能になる。
【００４２】
第３変速軸６７では、図１４(b)に示したように、ピン部材６７７もクラッチ操作子６７１のカム溝に落ちるので、全ての変速ギヤ６７２，６７３，６７４のラチェットワンウエイ６７２ａ，６７３ａ，６７４ａがオンとなる。ただし、第３変速軸６７では第３変速ギヤ６７４が最も小径なので、他の変速ギヤ６７２，６７３はフリーとなる。したがって、スプロケット６３５に入力された踏力は、図１３にも示したように、第１変速軸６３の第２変速ギヤ６３３，第２変速軸６５および第３変速軸６７の第３変速ギヤ６７４を介して駆動スプロケット６７９に伝達される。
【００４３】
このように、本実施形態によれば、クラッチ操作子６３１を中空軸６３０内に収容できるので、軸自体が回転する駆動系においても、簡単な構成で軸方向の小型化が可能な常時歯合式の変速装置を実現できる。
【００４４】
また、本実施形態では、クラッチ操作子６３１の外側面に形成した凹凸状のカム部に、そのカム溝６３１ｃとカム山６３１ａとを結ぶ傾斜面６３１ｂを円周方向に設け、ピン部材がカム溝６３１ｃからカム山６３１ａまで小さな力で、かつ滑らかに上昇できるようにしたので、クランク軸に踏力が加わっている状態でも変速できる。
【００４５】
さらに、本実施形態によれば、変速操作に変速機構が追従できない場合には、この変速操作がロストモーションスプリング６６３（シフトダウン時）またはリターンスプリング６４６（シフトアップ時）に弾性力として保持され、その後、この弾性力により変速機構が変速動作を行うので、変速操作が素早く行われたり、複数回の変速操作が行われたり、あるいは変速操作が低速走行時に行われたりした場合でも確実な変速が可能になる。したがって、変速タイミングに関する条件が緩和され、自由度の高い変速動作が可能になる。
【００４６】
図７は、前記踏力伝達装置の第２実施形態の断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００４７】
上記した第１実施形態では、第１および第３変速軸６３，６７のクラッチ操作子６３１，６７１と各変速ギヤとを係止または係止解除するクラッチ機構としてラチェットワンウエイ機構を採用するものとして説明したが、本実施形態では、前記ラチェットワンウエイ機構の代わりにローラワンウエイ機構を採用した点に特徴がある。なお、図７は４段の状態を表している。
【００４８】
変速機７０において、 第１変速軸７３は、筒状の中空軸７３０と、この中空軸７３０に挿貫された棒状のクラッチ操作子７３１と、中空軸７３０にクラッチ機構としてのローラワンウエイ機構を介して軸支された変速ギヤ６３２，６３３，６３４と、中空軸７３０に固定的に挿貫されたスプロケット６３５と、中空軸７３０の側壁を貫通して浮沈自在に支持されたピン部材６３６，６３７と、クラッチ操作子７３１の一端に設けられたカムガイド６３８とを主要な構成とする。中空軸７３０は、その両端をボールベアリング６８２，６９２により回動自在に支持されている。各ボールベアリング６８２，６９２の外輪は、それぞれ右ケース半体６８および左ケース半体６９に圧入されている。第１変速軸６３のスプロケット６３５と前記クランク軸６１のペダルスプロケット６１１とは無端状のチェーン６０１により連結されている。クラッチ操作子７３１には通路８８５，８８６が設けられている。
【００４９】
なお、変速機７０の第２変速軸７５は前記第１実施形態の第２変速軸６５と同等の構成を有する。変速機７０の第３変速軸７７も、クラッチ機構がローラワンウエイ機構である点を除いて前記第１実施形態の第３変速軸６７と同等の構成を有し、中空軸７７０に棒状のクラッチ操作子７７１が挿貫されている。クラッチ操作子７７１には通路８８６，８８７が設けられている。
【００５０】
図８は、ローラワンウエイ機構の構造を示した断面図、図９は、中空軸７３０の軸に沿った断面図［同図(a) ］およびそのＡＡ線断面図［同図(b) ］であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００５１】
図９(b)に示したように、中空軸７３０は、外側面の軸方向に沿って等間隔で６つのスリット７３０ａを具備し、各スリット７３０ａの底部一端側には、中心孔に貫通する開口７３０ｂが形成されている。前記スリット７３０ａの底部は、前記開口７３０ｂの形成された一端側が他端側よりも浅くなっている。
【００５２】
図８に戻り、前記中空軸７３０の各スリット７３０ａ内には、軸方向に複数（本実施形態では、３つ）のローラ７４１が一列に収容され、前記各開口７３０ｂには前記ピン部材６７６が浮沈自在に収容されている。 前記ローラ７４１には、図１０に示したように、その中央部の円周上に環状の溝７４１ａが形成されている。各スリット７３０ａの対向する側壁の一方には、当該スリット内でローラ７４１を他方の側壁側へ弾発するロックスプリング７４２が挿貫されている。
【００５３】
図１１は、前記ロックスプリング７４２の構成を示した斜視図であり、本実施形態では、一対のＬ型スプリング７４２ａ，７４２ｂのそれぞれの一方の主面同士を平面状に係合させた平面部と、前記一対のＬ型スプリングのそれぞれの他方の主面であって、前記平面部を一端および他端で支持する脚部とを含む。図１２は、前記ロックスプリング７４２、ローラ７４１およびピン部材６３６の相対的な位置関係を別の角度から見込んだ図である。
【００５４】
このような構成において、ピン部材６３６はクラッチ操作子７３１の軸方向の位置に応じて前記と同様に浮沈し、ピン部材６３６が沈んだ状態では、図８(a)に示したように、各ローラ７４１が各ロックスプリング７４２により図中時計回り方向へ弾発され、各スリット７３０ａ内を前記深い位置から浅い位置へ押される。したがって、中空軸７３０の外周面と変速ギヤ６３２の内周面とがローラ７４１を介して係止されるので、被動スプロケット６３５に入力された踏力に応じて中空軸７３０が矢印Ｂ方向に回転すると、これに同期して変速ギヤ６３２も矢印Ｂ方向に回転する。
【００５５】
これに対して、ピン部材６３６が浮上した状態では、図８(b)に示したように、各ローラ７４１がピン部材６３６により、前記各ロックスプリング７４２の弾発力に抗して図中反時計回り方向へ押し戻され、中空軸７３０の各スリット内を、浅い位置から深い位置へ移動する。この結果、ローラ７４１を介した中空軸７３０と変速ギヤ６３２との係止が解消されるので、被動スプロケット６３５に入力された踏力に応じて中空軸７３０が矢印Ｂ方向に回転しても、変速ギヤ６３２は回転しない。
【００５６】
本実施形態によれば、上記した第１実施形態と同等の効果が得られるのみならず、ローラワンウエイ構造では、前記ラチェットワンウエイ構造に較べてラッシュが小さくなるため、踏力を入力しながら変速した際のペダル部でのショックおよびラッシュの発生を大幅に低減することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)クラッチ操作子を中空軸内に収容できるので、軸自体が回転する駆動系においても、簡単な構成で軸方向に小型化が可能な常時歯合式の変速装置を実現できる。
(2)クラッチ操作子が軸内に収容される常時歯合式の変速装置において、クラッチ機構を簡単な構成で実現できる。また、複数のクラッチ操作子を一つのカム機構により動作させるので、各クラッチ操作子の簡単かつ正確に同期させることができ、その結果、良好なシフトフィーリングが得られる。
(3)クラッチ機構のピン部材が、クラッチ操作子表面に形成されたカムのカム溝からカム山へ、小さな力で、かつ滑らかに上昇できるので、踏力が加わっている状態でも変速を行えるようになる。
(4)変速操作に変速機構が追従できない場合には、この変速操作がロストモーションスプリングまたはリターンスプリングに弾性力として保持され、その後、この弾性力により変速機構が変速動作を行うので、変速操作が素早く行われたり、複数回の変速操作が行われたり、あるいは変速操作が低速走行時に行われたりした場合でも確実な変速が可能になる。したがって、変速タイミングに関する条件が緩和され、自由度の高い変速動作が可能になる。
(5)クラッチ機構としてローラワンウエイ構造を採用すれば、踏力を入力しながら変速した際のペダル部でのショックおよびラッシュの発生を、クラッチ機構としてラチェットワンウエイ構造を採用した場合に較べて大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る変速機付き自転車の側面図である。
【図２】 図１に示した踏力伝達装置のＡＡ線断面図である。
【図３】 シフトプレート６６の構成を示した図である。
【図４】 変速軸の動作を示した図（その１）である。
【図５】 変速軸の動作を示した図（その２）である。
【図６】 クラッチ操作子の構成を示した図である。
【図７】 図１に示した踏力伝達装置の他の実施形態の線断面図である。
【図８】 ローラワンウエイ機構の断面図である。
【図９】 中空軸の断面図である。
【図１０】 ローラワンウエイ機構のローラの斜視図である。
【図１１】 ローラワンウエイ機構のロックスプリングの斜視図である。
【図１２】 ローラワンウエイ機構の主要部の構成を示した図である。
【図１３】 各変速段におけるカムガイドの係合位置および相互に連結される第１および第３変速軸の各変速ギアの対応関係を示した図である。
【図１４】 第３変速軸の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
６０…常時歯合式変速機、６１…クランク軸、６３，６５，６７…変速軸、６６…シフトプレート、６８…右ケース半体、６９…左ケース半体、６０１…チェーン、６１１…ペダルスプロケット、６３０，６５０…中空軸、６３１，６７１…クラッチ操作子、６３２，６３３，６３４，６５２，６５３，６５４，６７２，６７３，６７４…変速ギヤ、６３５…被動スプロケット、６３６，６３７…ピン部材、６３８，６７８…カムガイド、６６１…制御面
Claims (12)
- 複数の変速ギヤを中空軸で一列に軸支して構成された変速軸の複数を、相互に対応する変速ギヤ同士が歯合するように並列配置し、中空軸と同期回転させる変速ギヤを変速軸ごとに選択的に切り替えて所望の減速比を得る車両用変速装置において、中空軸と変速ギヤとの間に設けられ、中空軸と各変速ギヤとを同期または同期解除させるクラッチ機構と、前記中空軸内に収容されたクラッチ操作子と、変速操作に応答して回動されると共に、複数のクラッチ操作子をその軸方向に駆動させ、各軸のギヤを連動して選択的に切り替える略円盤状の操作子駆動手段とを具備し、前記クラッチ機構は、前記クラッチ操作子の軸方向の位置に応じて、各変速ギヤを中空軸に対して選択的に同期または同期解除させることを特徴とする車両用変速装置。
- 前記操作子駆動手段は、前記変速操作に応答して回動する回転体およびその回転軸を含み、前記回転体は、その回転角度に応じて軸方向に変位する制御面を具備し、前記クラッチ操作子は、前記制御面と係合するガイド部を具備し、前記クラッチ操作子は、前記回転体の回転に応じて前記制御面が変位すると、この変位量に応答して軸方向へ駆動されることを特徴とする請求項１に記載の車両用変速装置。
- 前記クラッチ機構は、前記中空軸の側壁を放射方向に貫通する開口内に浮沈自在に収容されたピン部材と、前記各変速ギヤを前記中空軸に対して、前記ピン部材の浮沈に連動して係止または係止解除する係止部材とを具備し、前記クラッチ操作子は棒状体であって、その外周面に予定の規則で配置された凹凸状のカム部を具備し、前記クラッチ操作子を前記中空軸内で移動させて前記カム部を前記ピン部材の底部に係合させることにより、前記ピン部材を選択的に浮沈させることを特徴とする請求項２に記載の車両用変速装置。
- 前記クラッチ操作子は、該クラッチ操作子の外周面に配置された凹部と外部とを連通する通路を有することを特徴とする請求項３に記載の車両用変速装置。
- 前記変速操作が伝達される変速ケーブルの変位に応答して回動し、前記回転体の回転軸と同軸状かつ当該回転体との相対回転を許容して軸支されたケーブル掛けと、前記ケーブル掛けと回転体との間に連結されたロストモーションスプリングとをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の車両用変速装置。
- 前記カム部は、円周方向にカム溝からカム山へ連続する傾斜面を具備したことを特徴とする請求項３に記載の車両用変速装置。
- 前記係止部材がラチェットワンウエイ構造であることを特徴とする請求項３に記載の車両用変速装置。
- 前記係止部材がローラワンウェイ構造であることを特徴とする請求項３に記載の車両用変速装置。
- 前記ローラワンウェイ構造は、円柱状体と、前記円柱状体を係止解除位置から係止位置へ弾発する弾性体とを含み、前記円柱状体は、その中央部の円周上に環状の溝を具備し、浮上したピン部材が前記環状溝に係合して、円柱状体を前記係止位置から係止解除位置へ移動させることを特徴とする請求項８に記載の車両用変速装置。
- 前記弾性体は、一対のＬ型スプリングのそれぞれの一方の主面同士を平面状に係合させた平面部と、前記一対のＬ型スプリングのそれぞれの他方の主面であって、前記平面部を一端および他端で支持する脚部とを含むことを特徴とする請求項９に記載の車両用変速装置。
- 前記複数の変速軸が第１，第２及び第３変速軸であり、第１変速軸に入力された動力が第２変速軸を介して第３変速軸へ伝達され、前記第１および第３変速軸では、各変速ギヤが前記クラッチ機構を介して軸支され、前記第２変速軸では、各変速ギヤが固定的に軸支されたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の車両用変速装置。
- 前記第１および第３変速軸が前記クラッチ操作子をそれぞれ具備し、各クラッチ操作子が共通の操作子駆動手段により駆動されることを特徴とする請求項１１に記載の車両用変速装置。
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