JP6227587B2 - 内装変速機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、チェーンレス自転車又はチェーン式自転車に用いられる内装変速機の制御装置に関する。

従来の制御装置は内装変速機の回転部材（例えば、入力環、内歯車、遊星枠、出力環等）にカム或いはカム類構造を利用してクラッチの制御が必要なクラッチ装置を連動させて作動させ、または、カム或いはカム類構造により連動装置を連動させて回転或いは平行移動を行わせ、クラッチの制御が必要なクラッチ装置を作動させ、カム構造やカム類構造ないしは連動装置を所定角度回転させて制御装置の高速切り換え効果を達成させる。また、主要な変速動力は回転部材から得られ、切り換え動作の制御に用いられる推進レバーからではない内装変速機の制御装置に関する。

特開平２−２１６３８５号公報

しかしながら、前述した従来の自転車の内装変速機の制御装置は構造が複雑であるのみならず、延伸される構造の体積が大きく、重量も重く、高コストであるという問題がある。また、変速器を実際に操作して変速する場合の感度及び速度が理想からは遠く、これらの欠点のために内装変速機及び自転車全体の品質を低下させてしまうため、自転車の内装変速機の構造設計に関して、業界では革新的な技術による解決を強く望んでいた。

なお、自転車変速器の設計においては、内変速装置の歯車の運用及び経路の設計の革新以外に、変速の操作に直接影響する制御装置は、内装変速機の全体の構造、重量、コスト及び変速操作の感度及び変速速度にも影響がある。このため、構造を簡素化し、重量を減らし、コストを抑え、変速操作の感度を高めて変速速度を速める内装変速機の制御装置をどのように設計するかが、自転車産業界にとって技術の向上及び革新が求められる目標である。

そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の内装変速機の制御装置の提案に到った。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、チェーンレス自転車及びチェーン式自転車に使用される内装変速機の制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、上記目的を達成するため、本発明による内装変速機の制御装置は、中心軸（１０）に対して回転可能に設けられる太陽歯車（２８，２９）と、太陽歯車の外周に設けられる内歯車と、中心軸回りに回転可能であり、遊星歯車を回転可能に支持する遊星枠と、中心軸の外周に軸方向位置が異なるように設けられる第１推進レバー（Ａ）、第２推進レバー（Ｂ）、第３推進レバー（Ｃ）と、第１推進レバーの変位により、太陽歯車を中心軸回りに回転可能又は回転不能に切り替え制御する制御装置と、第２推進レバーの変位により、内歯車及び遊星枠のいずれの部材を経由して回動力を伝達するかを制御する制御装置と、第３推進レバーの変位により、太陽歯車から内歯車及び遊星枠に伝達された動力の出力を制御する制御装置と、各制御装置の変換の主要の動力源となる回転部材（３，４，５）と、を備える。また、主要な変速動力は回転部材から得られ、切り換え動作の制御に用いられる推進レバーからではなく、推進レバーの動作を軽快にし、変速を更に確実にし、制御装置全体をより簡素化させ、相対的に重量を減らし、体積を小型化させ、内装変速機の全体の産業上の利用性及び実用性を向上させることを特徴とする。

本発明は以下の効果を有する。
１．チェーンレス自転車及びチェーン式自転車に使用される内装変速機の制御装置を提供し、単一の革新的な技術がチェーンレス自転車及びチェーン式自転車の内装変速機に広く応用可能である。
２．空間の節約及び全体の軽量化という長所を有効的に達成させる。
３．製造コストを下げ、全体的な製造効率を高める。
４．自転車の内装変速機の制御装置を有効的に簡素化させ、組み立て及びメンテナンスの効率を上げ、産業上の利用性及び経済効果を高める。
５．内装変速機の回転部材（例えば、入力環、内歯車、遊星枠、出力環等） でカム或いはカム類構造によりクラッチの制御が必要なクラッチ装置を連動させて作動させ、もしくはカム或いはカム類構造により連動装置を連動させて回転或いは平行移動させてクラッチの制御が必要なクラッチ装置を連動させて作動させ、カム構、カム類構造、ないしは連動装置を所定角度回転させて制御装置の高速切り換え効果を達成させる。
６．主要な変速動力は回転部材から得られ、切り換え動作の制御を行う推進レバーからではないため、推進レバーの動作を軽快にし、変速が更に高速で確実になり、制御装置全体をより高感度で簡潔なものにする。

本発明の実施形態に係る内装変速機の制御装置を示す断面模式図である。 本発明の実施形態に係る内装変速機の制御装置の太陽歯車を固定させるかどうかの軸方向切り離し型制御装置を示す断面模式図（左歯車固定）である。 図２に示す軸方向切り離し型制御装置を示す断面模式図（右歯車固定）である。 本発明の実施形態に係る内装変速機の制御装置の太陽歯車を固定させるかどうかの軸方向切り離し型制御装置を示す断面模式図である。 図４に示す径方向切り離し型制御装置の歯止め構造の閉鎖方法を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る内装変速機の制御装置の太陽歯車を固定させるかどうかの左右の歯止めを示す模式図である。 本発明の実施形態に係る内装変速機の制御装置に係る開閉装置の制御装置の制御つめが回転部材に位置する実施形態を示す断面図である。 図７に示すクラッチつめの閉合動作を示す模式図である。 本発明に係る開閉装置の制御装置の制御つめが固定部材に位置する実施形態を示す断面図である。 図９に示すクラッチつめの閉鎖動作を示す模式図である。 本発明に係る実施形態の径方向カム環及び軸方向カム環の切り替え装置を示す断面図である（軸方向カム環及びすべり環が回転状態である）。 本発明に係る実施形態の径方向カム環及び軸方向カム環の切り替え装置を示す断面図である（径方向カム環及びすべり環が回転状態である）。

以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

＜実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の内装変速機の制御装置に係る実施形態であり、実施形態による制御装置は、太陽歯車を固定させるか否かの制御に用いられる制御装置、両側の内歯車及び遊星枠の入力或いは出力の制御に用いられる制御装置、及び制御太陽歯車ないしは内歯車及び遊星枠に汎用される汎用型制御装置を備える。本発明の主な重点は、制御装置の変換の主要な動力は回転が必要な回転部材（例えば、入力環、内歯車、遊星枠、出力環等）に推進レバーの変位（推進レバーの変位は左右の変位、上下の変位、及び角度の回転による変位であり、本案の図式及び説明は、左右の変位を例に説明するが、但しこれに制限するわけではなく、本案の推進レバーの異なる変位も実用される）を組み合わせることで得られ、カム或いはカム類の作用の有無を制御させる。カム或いはカム類構造によりクラッチの制御が必要なクラッチ装置を連動させて作動させ、または、カム或いはカム類構造により連動装置を連動させて回転或いは平行移動させてクラッチの制御が必要なクラッチ装置を作動させる。

次は図２及び図４は本発明の太陽歯車を固定させるかどうかの軸方向切り離し型制御装置を説明する実施形態図である。主な違いは、クラッチ装置の運動方向が軸方向切り離し及び径方向切り離しの２種類の型式に分けられ、図２は太陽歯車が固定されるか自由回転する軸方向切り離し型制御装置であり、図４は太陽歯車が固定されるか自由回転する径方向切り離し型制御装置である。

図２及び図３に示す軸方向切り離し型制御装置は、内装変速機１内部が回転が必要な回転部材に連結されて動力で回転する歯止めリング２、歯止め復位バネ２１、左歯止め２２、右歯止め２３、カム座２４、制動滑り子座２５、左右の制動滑り子２６、左右の滑り子復位バネ２７、左歯車２８、右歯車２９、左バネ座２０１、右バネ座２０２、及び推進レバーＡを備える。内装変速機１の中心軸１０では内没する少なくとも１つのガイド溝１０１により変速の操作を担う推進レバーが中心軸１０の表面に埋設され、中心軸１０の外部には制動滑り子座２５が設置され、制動滑り子座２５の表面には左歯車２８、歯止めリング２、及び右歯車２９が設置される。歯止めリング２は左歯車２８と右歯車２９との間に設置され、且つ左歯車２８と中心軸１０との間には左バネ座２０１、滑り子復位バネ２７、及び滑り子復位バネ２７に当接されてカム座２４により制御される制動滑り子２６が設置される。右歯車２９と中心軸１０との間には右バネ座２０２、滑り子復位バネ２７、及び滑り子復位バネ２７に当接されてカム座２４により制御される制動滑り子２６が設置される。また、歯止めリング２に対応する箇所にはカム座２４が設置され、カム座２４には推進レバーＡにより変位されて選択的に操作される左歯止め２２、右歯止め２３、及び歯止め復位バネ２１が設置される。

また、図２に示す軸方向切り離し型制御装置の推進レバーＡの初期位置は左側であり、この際、左歯車２８は固定状態であり、右歯車２９は自由回転状態である。変速する場合、左歯車２８を自由回転状態に切り換えて、右歯車２９を固定状態に切り換える。この作動フローチャートは以下の通りである。
（１）推進レバーＡが左側から右側の位置に移動され、左歯止め２２が上に向けて弾かれて歯止めリング２に咬合され、カム座２４が連動されて回転する。
（２）カム座２４が回転すると、左側の制動滑り子２６が軸方向カムを利用して左歯車２８を押し離し、左歯車２８を自由にし、この際、左側の滑り子復位バネ２７が圧縮され、左側の制動滑り子２６がカム座２４のカムの上端により更に左方の位置に支持される。
（３）カム座２４が再度継続して回転すると、右側の制動滑り子２６が右側の滑り子復位バネ２７により対応する左方の位置に復位され、右歯車２９と右側の制動滑り子２６とが咬合されて固定される。

上述の作動の後に、図３に示す状態となり、同様に推進レバーＡが右側から左側の位置に移動され、図２に示す初期位置に戻される。

図４に示す径方向切り離し型制御装置の実施形態の断面図である。本実施形態による回転の主要な装置は上述と同様であり、差異は、カム座２４のカム方向が径方向であり、左右制動滑り子２６が左右の止め歯止め２６１に替わり、滑り子復位バネ２７が止め歯止め復位バネ２７１に替わる構造、及び組み合わせられる左つめ台座２７２及び左つめ台座２７３が中心軸１０の表面に固定される点であり、止?歯止め２６１の構造は閉鎖方式であり（図５参照）、その動作原理は上述と同様である。

上述の制御装置は主に太陽歯車を固定させるか否かの制御に使用され、且つ歯止めリング２が回転部材（例えば、入力環、内歯車、遊星枠、出力環等の内変速作動を回転させる部材）に固定され、推進レバーＡの作用は左歯止め２２及び右歯止め２３を支持させて歯止めリング２に咬合させない作用であり、故に直接入力されるトルク作用を受けない（図１及び図６参照）。また、左歯止め２２及び右歯止め２３は対になって構成され（図４に示す最も簡単な二対の構成）、９０度回転する毎に一回作動し、よって一回作動すると一歩前進する方式で順に回転する。

また、図７は本発明による主要な両側の内歯車及び遊星枠の入力或いは出力に用いられる制御装置であり、歯止めの位置の制御は２種類の型式に分けられる。その内の１つは、制御つめが回転部材に連動される連動装置に位置される。もう１つは、制御つめが固定部材に位置される。例えば、図７は制御つめが連動装置に位置される実施形態であり、制御装置は実施形態では、動力回転が必要な回転リング３、歯止め軸３１、上遊星動力歯止め３２、下遊星動力歯止め３３、歯止め復位バネ３４、連動装置となる歯止め制御部３５、左制御つめ３６、右制御つめ３７、制御つめ復位バネ３８、制御つめ軸３９、制御つめ制動座３９１、及び推進レバーＢを備える。図１及び図７に図示する実施形態によれば、内装変速機の中心軸の外部には推進レバーＢ、制御つめ制動座３９１、及び回転リング３が設置され、回転リング３の内側には上遊星動力歯止め３２、下遊星動力歯止め３３、及び歯止め復位バネ３４を装設するように歯止め軸３１が設置され、歯止めを設置する下方の位置には連動装置となる歯止め制御部３５が設けられ、歯止め制御部３５は制御つめ軸３９に左制御つめ３６、右制御３７、及び制御つめ復位バネ３８が組み合わされる。制御装置の制御目標は上遊星動力歯止め３２の閉鎖制御である。図示するように、初期状態では推進レバーＢは左側にあり、この際、上遊星動力歯止め３２は起動状態になり、右制御つめ３７は閉鎖状態になり、上遊星動力歯止め３２が閉鎖される動作は以下のようになる。
（１）推進レバーＢが左制御つめ３６の位置から右に向けて右制御つめ３７の位置まで横移動され（図８に例示する第１工程及び第２工程）、この際、左制御つめ３６は推進レバーＢに支持されず、固定部材の制御つめ制動座３９１に咬合され、連動装置となる歯止め制御部３５が動かず、歯止め制御部３５が回転リング３に対して回転運動を行う。
（２）歯止め制御部３５の回転運動により上遊星動力歯止め３２が閉鎖され、閉鎖後の左制御つめ３６は回転リング３の切り離しにより、右制御つめ３７が切欠き部まで移動され、推進レバーＢに支持される。

図９は上述の両側の内歯車及び遊星枠の入力或いは出力に用いられる主要な制御装置の制御つめが固定部材に位置される実施形態を図示し、制御装置は、動力で回転する回転リング４、歯止め軸４１、上遊星動力歯止め４２、下遊星動力歯止め４３、歯止め復位バネ４４、連動装置となる歯止め制御部４５、補助推進つめ４６、補助推進つめ復位バネ４６１、左制限板４７、左制御つめ４７１、右制限板４８、右制御つめ４８１、制御つめ復位バネ４９、制御つめ固定座４０、制御つめ軸４０１、及び推進レバーＢを備える。内装変速機の中心軸の外部には推進レバーＢ、制御つめ固定座４０、制御つめ固定座４０に設置される制御つめ軸４０１、制御つめ復位バネ４９、左制御つめ４７１、及び右制御つめ４８１が設置される。また、回転リング４は歯止め軸４１に上遊星動力歯止め４２、下遊星動力歯止め４３、及び歯止め復位バネ４４が装設され、歯止めを設置する下方の位置には連動装置となる歯止め制御部４５が設けられ、歯止め制御部４５の下方の両側には左制限板４７、右制限板４８、及び補助推進つめ復位バネ４６１が設置され、左制限板４７と回転リング４との間には補助推進つめ４６が設置される。図中に示す位置は制御つめ固定座４０及び回転リング４の開始位置として設けられ、推進レバーＢは左側位置に位置され、左制御つめ４７１は推進レバーＢに支持され、歯止め制御部４５に咬合されない。この際、右制御つめ４８１が補助推進つめ４６及び右制限板４８に阻まれて歯止め制御部４５に咬合されず、故に歯止め制御部４５は移動せず、変速もしない。推進レバーＢが移動すると変速が始まり、作動順序の原理は図１０に例示する。即ち、以下のようになる。
（３）図９に示すように、推進レバーＢが右側の変速位置まで右に移動すると、左制御つめ４７１が歯止め制御部４５に咬合され、歯止め制御部４５が固定されて回転しなくなる。
（４）回転リング４が持続的に回転すると、歯止め制御部４５の上遊星動力歯止め４２のカムを制御させて対応させて左向きに回転運動を行わせ、上遊星動力歯止め４２が閉鎖され、上遊星動力歯止め４２を切り離す。
（５）上遊星動力歯止め４２が切り離された後、回転リング４が継続して回転し、回転リング４の軌道により補助推進つめ４６が閉鎖され、左制御つめ４７１が切り離し状態に戻る。この際、推進レバーＢが右側変速位置で右制御つめ４８１を支持させ、一回の変速が完成する。

図１１には径方向クラッチ及び軸方向クラッチに広く使用される制御装置の実施形態を図示し、制御装置は、回転が必要な回転部材５、連動装置となるすべり環５１、軸方向バネ５２、径方向バネ５３、ピン５４、径方向制御カム環５５、軸方向制御カム環５６、間隔環５７、及び推進レバーＣで構成される。内装変速機の中心軸の外部には推進レバーＣ、径方向制御カム環５５、及び軸方向制御カム環５６が設置され、径方向制御カム環５５と軸方向制御カム環５６との間には間隔環５７が設置され、回転部材５には連動装置となるすべり環５１が設置され、すべり環５１の外部と回転部材５との間には軸方向バネ５２が設けられ、すべり環５１にはピン５４及び径方向バネ５３が内設され、且つピン５４はすべり環５１の変位により径方向制御カム環５５及び軸方向制御カム環５６の２つの位置で切り換えられ、この２つの位置の切り換えにより制御が必要な（径方向或いは軸方向）クラッチ動作を行わせる。その動作は以下の通りである。
（６）推進レバーＣが径方向制御カム環５５まで移動されて固定されると、径方向制御カム環５５で停止していたピン５４が上に向けて当接され、軸方向バネ５２によりすべり環５１が右側の位置まで押され、この際、すべり環５１及び軸方向制御カム環５６が回転部材５に連れて回転され、その結果は図１１に例示する。
（７）同様に、推進レバーＣが軸方向制御カム環５６を固定させると、ピン５４が径方向制御カム環５５まで左に向けて押された後、径方向バネ５３により下に向けて押され、すべり環５１が径方向制御カム環５５の位置に係合され、この際、すべり環５１及び径方向制御カム環５５が回転部材５に連れて回転され、その結果は図１２に例示する。

結論として、本発明に係る内装変速機の制御装置は内装変速機の回転時に回転が必要な回転部材（例えば、入力環、内歯車、遊星枠、出力環等）及びカム或いはカム類により制御が必要なクラッチ装置が制御されて（例えば、太陽歯車を固定させるか否かの制御、内歯車及び遊星枠の入力或いは出力の制御等）作動し、または、カム或いはカム類により連動装置が連動されて回転或いは平行移動を行い、連動装置の回転或いは平行移動によりクラッチが必要なクラッチ装置が制御されて作動され、変速効果を達成させる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１ 内装変速機
１０ 中心軸
１０１ ガイド溝
２ 歯止めリング
２１ 歯止め復位バネ
２２ 左歯止め
２３ 右歯止め
２４ カム座
２５ 制動滑り子座
２６ 制動滑り子
２６１ 止め歯止め
２７ 滑り子復位バネ
２７１ 止め歯止め復位バネ
２７２ 左つめ台座
２７３ 左つめ台座
２８ 左歯車
２９ 右歯車
２０１ 左バネ座
２０２ 右バネ座
３ 回転リング
３１ 歯止め軸
３２ 上遊星動力歯止め
３３ 下遊星動力歯止め
３４ 歯止め復位バネ
３５ 歯止め制御部
３６ 左制御つめ
３７ 右制御つめ
３８ 制御つめ復位バネ
３９ 制御つめ軸
３９１ 制御つめ制動座
４ 回転リング
４１ 歯止め軸
４２ 上遊星動力歯止め
４３ 下遊星動力歯止め
４４ 歯止め復位バネ
４５ 歯止め制御部
４６ 補助推進つめ
４６１ 推進つめ復位バネ
４７ 左制限板
４７１ 左制御つめ
４８ 右制限板
４８１ 右制御つめ
４９ 制御つめ復位バネ
４０ 制御つめ固定座
４０１ 制御つめ軸
５ 回転部材
５１ すべり環
５２ 軸方向バネ
５３ 径方向バネ
５４ ピン
５５ 径方向制御カム環
５６ 軸方向制御カム環
５７ 間隔環

Claims (2)

1. 中心軸（１０）に対して回転可能に設けられる太陽歯車（２８，２９）と、
   前記太陽歯車の外周に設けられる内歯車と、
   前記中心軸回りに回転可能であり、遊星歯車を回転可能に支持する遊星枠と、
   前記中心軸の外周に軸方向位置が異なるように設けられる第１推進レバー（Ａ）、第２推進レバー（Ｂ）、第３推進レバー（Ｃ）と、
   前記第１推進レバーの変位により、前記太陽歯車を前記中心軸回りに回転可能又は回転不能に切り替え制御する制御装置と、
   前記第２推進レバーの変位により、前記内歯車及び前記遊星枠のいずれの部材を経由して回動力を伝達するかを制御する制御装置と、
   前記第３推進レバーの変位により、前記太陽歯車から前記内歯車及び前記遊星枠に伝達された動力の出力を制御する制御装置と、
   前記各制御装置の変換の主要な動力源となる回転部材（３，４，５）と、
   を備えることを特徴とする内装変速機の制御装置。
2. 複数の前記推進レバーは、変位により、左右の変位、上下の変位、及び角度の回転による変位のいずれか、もしくは組み合わせによる変位が行われるよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内装変速機の制御装置。

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