JP6538393B2

JP6538393B2 - 自転車の変速装置

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Publication number: JP6538393B2
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Inventors: 山本　貴士; 貴士山本
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Description

本発明は自転車の変速装置に関する。

特許文献１に記載の自転車の変速装置は、クランク軸に入力された回転を減速して出力部に出力することのできる変速機構、および、クランク軸と出力部とを連結する状態とクランク軸と出力部との連結を解除する状態とを切り替える切替機構を備えている。切替機構の状態がクランク軸と出力部とを解除する状態のとき、クランク軸に入力された回転は変速機構により減速されて出力部に出力される。切替機構の状態がクランク軸と出力部とを連結する状態のとき、クランク軸に入力された回転は変速機構により減速されずに出力部に出力される。すなわち、変速装置は、切替機構により、２つの変速比を得ることができる。

特許第５５２３６３６号

上記変速装置の変速機構は、クランク軸の回転を減速して出力部に出力する。このため、出力部のトルクはクランク軸のトルクよりも大きい。そして、切替機構にかかるトルクが大きくなるほど、切替機構がクランク軸と出力部との連結を解除しにくい。このため、変速性能が低下する。

本発明の目的は、変速性能を向上させることができる自転車の変速装置を提供することにある。

〔１〕本発明に従う自転車の変速装置は、入力回転軸と、出力部と、前記入力回転軸から入力された回転を増速して、前記出力部に出力可能な変速機構と、前記変速機構を介して、前記出力部および前記入力回転軸を連結する第１状態と、前記変速機構を介さずに、前記出力部および前記入力回転軸を連結する第２状態とを切り替える切替機構とを備え、前記変速機構は、前記入力回転軸と一体に回転可能な第１回転体と、前記入力回転軸に対して位置が変わらない軸芯まわりに回転可能であり、第１回転体のトルクが伝達される第２回転体と、前記第２回転体と一体に回転可能な第３回転体と、前記第３回転体のトルクが伝達され、前記出力部と一体に回転可能な第４回転体とを備える。

〔２〕前記自転車の変速装置によれば、前記切替機構は、前記第１状態では、前記入力回転軸と前記第１回転体との間、前記第１回転体と前記第２回転体との間、前記第２回転体と前記第３回転体との間、前記第３回転体と前記第４回転体との間、および、前記第４回転体と出力部との間の全てにおいてトルクを伝達させ、前記第２状態では、前記入力回転軸と前記第１回転体との間、前記第１回転体と前記第２回転体との間、前記第２回転体と前記第３回転体との間、前記第３回転体と前記第４回転体との間、および、前記第４回転体と出力部との間のうちのいずれかにおいてトルクを伝達させない。

〔３〕前記自転車の変速装置によれば、前記切替機構は、前記入力回転軸の一方向の回転速度が前記出力部の一方向の回転速度以上のときに前記入力回転軸と前記出力部とを一体的に回転させ、かつ、前記入力回転軸の一方向の回転速度が前記出力部の一方向の回転速度未満のときに、前記入力回転軸と前記出力部との相対回転を許容するワンウェイクラッチをさらに備える。

〔４〕前記自転車の変速装置によれば、前記変速機構は、前記第２回転体および前記第３回転体を支持する変速軸を備える。
〔５〕前記自転車の変速装置によれば、前記変速軸は、前記第２回転体および前記第３回転体の少なくとも一方と一体に回転する。

〔６〕前記自転車の変速装置によれば、前記切替機構は、前記変速軸と前記第２回転体との間、前記変速軸と前記第３回転体との間、または前記第４回転体と前記出力部との間に少なくとも一部が配置される切替部を備える。

〔７〕前記自転車の変速装置によれば、前記切替部は、前記変速軸と前記第３回転体との間に少なくとも一部が配置され、前記変速軸と前記第３回転体とを連結可能な連結部材と、前記連結部材を前記変速軸または前記第３回転体から切り離す制御部材とを備える。

〔８〕前記自転車の変速装置によれば、前記連結部材は、前記変速軸の外周に設けられ、前記第３回転体の内周に形成される溝に突出または前記溝から離脱する爪を備え、前記切替部は、前記溝に向かって突出するように前記爪に力を付与する弾性部材をさらに備え、前記爪は、前記変速機構が前記第１状態である場合、前記制御部材によって前記変速軸側に押し下げられず、前記弾性部材から付与される力によって前記溝に嵌り込み、前記変速軸と前記第３回転体とを連結し、前記変速機構が前記第２状態である場合、前記制御部材によって前記変速軸側に押し下げられ、前記溝から離脱し、前記変速軸と前記第３回転体とを連結しない。
〔９〕前記自転車の変速装置によれば、前記制御部材は、前記変速軸の軸方向に移動可能である。

〔１０〕前記自転車の変速装置によれば、前記変速機構は、前記第１回転体および前記第２回転体によって増速し、前記第３回転体および前記第４回転体によって減速する。
〔１１〕前記自転車の変速装置によれば、前記第２回転体または前記出力部にトルクを伝達するアシストモータが結合される。

〔１２〕前記自転車の変速装置によれば、前記変速機構は、前記入力回転軸と前記第１回転体とを結合する伝達体をさらに備え、前記伝達体にトルクセンサが取り付けられる。
〔１３〕前記自転車の変速装置によれば、前記入力回転軸は、人力駆動力が入力されるクランク軸である。

〔１４〕前記自転車の変速装置によれば、前記出力部には、スプロケットを取り付け可能な取付部を有する。
〔１５〕前記自転車の変速装置によれば、前記ワンウェイクラッチは、ローラクラッチである。

〔１６〕前記自転車の変速装置によれば、前記入力回転軸と前記第１回転体とを結合する伝達体をさらに備え、前記伝達体は、筒状に形成されて、前記出力部の一部を覆って設けられ、前記ワンウェイクラッチは、前記伝達体の内周と前記出力部の外周との間に配置される。

〔１７〕前記自転車の変速装置によれば、前記伝達体と前記第１回転体とは、一体に形成される。

上記自転車の変速装置は、変速性能を向上させることができる。

第１実施形態の自転車の変速装置について、変速機構が第１状態のときの変速装置の断面図。図１の変速機構が第２状態のときの変速装置の断面図。第２実施形態の自転車の変速装置の断面図。第３実施形態の自転車の変速装置の断面図。第１実施形態の第１の変形例の変速装置の模式図。第１実施形態の第２の変形例の変速装置の模式図。第１実施形態の第３の変形例の変速装置の模式図。第１実施形態の第４の変形例の変速装置の断面図。第１実施形態の第５の変形例の変速装置の断面図。

（第１実施形態）
図１および図２を参照して、第１実施形態の自転車の変速装置について説明する。
図１に示されるように、変速装置１０は、クランク軸である入力回転軸１４、回転が出力される出力部１６、ハウジング１８、入力回転軸１４から入力された回転を出力部１６に出力可能な変速機構２０、切替機構２２、および、アシスト機構２４を備えている。

ハウジング１８は、自転車のフレーム（図示略）に取り付けられる。ハウジング１８は、入力回転軸１４の一部、出力部１６の一部、変速機構２０、および、切替機構２２を収容する。

入力回転軸１４は、ハウジング１８に回転可能に支持される。入力回転軸１４の両端は、ハウジング１８の外部に露出している。入力回転軸１４の両端には自転車のクランクアーム（図示略）を取り付け可能であり、クランクアームを介して人力駆動力が入力される。入力回転軸１４は、中空軸であってもよい。入力回転軸１４の軸方向の一端部の外周部は、ベアリング１９Ａを介してハウジング１８に支持される。入力回転軸１４の軸方向の他端部の外周部は、ベアリング１９Ｂを介して出力部１６に支持される。

出力部１６は、筒状に形成されて、入力回転軸１４まわりに入力回転軸１４と同軸に配置される。出力部１６の内周部には、軸方向に間隔をあけて配置されるベアリング１９Ｂが設けられる。出力部１６は、ベアリング１９Ｂを介して入力回転軸１４を回転可能に支持する。出力部１６が露出する部分の近傍の外周部は、ベアリング１９Ｃを介してハウジングに支持されている。出力部１６の一端は、ハウジング１８の外部に露出している。出力部１６は、入力回転軸１４の軸方向の一端の内周にスプロケットＳを取り付け可能な取付部１６Ａを有する。取付部１６Ａには、外周部にスプラインが形成されている。スプロケットＳの内周部のスプラインが取付部１６Ａに嵌め込まれる。取付部１６Ａには、内周部に雌ねじが形成されている。スプロケットＳを挟んでボルトＢが取付部１６Ａにねじ込まれることにより、スプロケットＳが出力部１６に取り付けられる。

変速機構２０は、変速軸２６、伝達体２８、第１回転体３０、第２回転体３２、第３回転体３４、および、第４回転体３６を備えている。
変速軸２６は、入力回転軸１４の径方向の外側に配置される。変速軸２６は、入力回転軸１４と平行に設けられる。変速軸２６は、ハウジング１８に回転可能に支持される。変速軸２６の軸方向の一端部および他端部は、それぞれベアリング１９Ｄを介してハウジング１８に支持されている。変速軸２６は、入力回転軸１４に対して位置が変わらない軸芯Ｃまわりに回転可能である。

伝達体２８は、筒状に形成されている。伝達体２８は、入力回転軸１４まわりに入力回転軸１４と同軸に配置される。伝達体２８は、スプライン嵌合または圧入等により入力回転軸１４に相対回転不能に支持される。このため、伝達体２８は、入力回転軸１４と一体に回転可能である。

第１回転体３０は、円筒形状を有し、軸方向の一端が伝達体２８に嵌め込まれている。すなわち、伝達体２８は、入力回転軸１４と第１回転体３０とを結合する。第１回転体３０の外周には歯車３０Ａが形成されている。

第２回転体３２は、変速軸２６まわりに変速軸２６と同軸に配置される。第２回転体３２は、スプライン嵌合および圧入等により変速軸２６に相対回転不能に支持される。このため、第２回転体３２は、軸芯Ｃまわりに変速軸２６と一体に回転可能である。第２回転体３２の外周には歯車３２Ａが形成されている。歯車３２Ａは、第１回転体３０の歯車３０Ａと噛み合わせられている。このため、第１回転体３０のトルクは、伝達体２８を介して第２回転体３２に伝達される。第２回転体３２の歯車３２Ａの歯数は、第１回転体３０の歯車３０Ａの歯数よりも少ない。このため、第１回転体３０の回転は、増速されて第２回転体３２に伝達される。

第３回転体３４は、円筒形状を有する。第３回転体３４は、変速軸２６まわりに変速軸２６と同軸に配置される。第３回転体３４は、切替機構２２を介して変速軸２６に支持される。第３回転体３４は、変速軸２６に回転可能に支持されていてもよい。第３回転体３４は、切替機構２２により変速軸２６に結合されたとき、軸芯Ｃまわりに第２回転体３２および変速軸２６と一体に回転可能である。第３回転体３４の内周には、切替機構２２と結合される溝３４Ｂが形成されている。溝３４Ｂは、周方向に所定の間隔をあけて複数形成されている。溝３４Ｂは、いわゆるラチェット溝と同様の形状を有する。第３回転体３４の外周には、歯車３４Ａが形成されている。

第４回転体３６は、円筒形状を有する。第４回転体３６は、出力部１６まわりに出力部１６と同軸に配置される。第４回転体３６は、スプライン嵌合または圧入等により出力部１６に結合されている。このため、第４回転体３６は、出力部１６と一体に回転可能である。第４回転体３６の外周には、歯車３６Ａが形成されている。歯車３６Ａは、第３回転体３４の歯車３４Ａに噛み合わせられている。このため、第３回転体３４のトルクは、第４回転体３６に伝達される。第４回転体３６の歯車３６Ａの歯数は、第３回転体３４の歯車３４Ａの歯数よりも多い。このため、第３回転体３４の回転は、所定の減速比で減速されて第４回転体３６に伝達される。なお、第１回転体３０と第２回転体３２との間の増速比は、第３回転体３４と第４回転体３６との間の所定の減速比よりも大きい。このため、第１回転体３０から第２回転体３２および第３回転体３４を経て第４回転体３６に回転が伝達されるとき、第４回転体３６の回転速度は、第１回転体３０よりも大きい。

切替機構２２は、変速機構２０を介して、出力部１６および入力回転軸１４を連結する第１状態と、変速機構２０を介さずに出力部１６および入力回転軸１４を連結する第２状態とを切り替える。

切替機構２２は、第１状態では、入力回転軸１４と第１回転体３０との間、第１回転体３０と第２回転体３２との間、第２回転体３２と第３回転体３４との間、第３回転体３４と第４回転体３６との間、および、第４回転体３６と出力部１６との間の全てにおいてトルクを伝達させる。切替機構２２は、第２状態では、第２回転体３２と第３回転体３４との間においてトルクを伝達させない。

切替機構２２は、変速軸２６と第３回転体３４の内周との間に配置される切替部３８、切替部３８を動作させる変速カム４０、変速カム４０を動作させるアクチュエータ４２、および、伝達体２８の内周と出力部１６の外周との間に配置されるワンウェイクラッチ４４を備えている。アクチュエータ４２は、たとえば電動モータである。

切替部３８は、変速軸２６の外周と第３回転体３４の内周との間に少なくとも一部が配置される連結部材４６、弾性部材４７、および、制御部材４８を備えている。
連結部材４６は、変速軸２６の外周に設けられる。連結部材４６は、変速軸２６と第３回転体３４とを連結可能である。連結部材４６は、変速軸２６から第３回転体３４の内周に向かって突出可能な爪４６Ａを備えている。爪４６Ａの内周部は、変速軸２６に支持され、変速軸２６に連結されている。

弾性部材４７は、例えば、環形のばねである。弾性部材４７は、複数の連結部材４６の外面に形成される溝４６Ｂに嵌め込まれる。弾性部材４７は、爪４６Ａに第３回転体３４の内周に向かって突出する方向への力を付与する。

制御部材４８は、円筒形状を有する。制御部材４８は、変速軸２６のまわりに変速軸２６と同軸に設けられる。制御部材４８は、変速軸２６の軸方向に移動可能である。制御部材４８は、変速軸２６のまわりに回転不能に設けられる。制御部材４８は、内周部がハウジング１８に連結される支持部１８Ａによって、変速軸２６の軸方向に移動可能に支持される。制御部材４８は、テーパ面４８Ａ、および、変速カム４０のカム面４０Ａに接触する接触部４８Ｂを備えている。テーパ面４８Ａは、変速軸２６の軸方向において爪４６Ａと対向する側に形成されている。接触部４８Ｂは、制御部材４８のうち、変速軸２６の軸方向においてテーパ面４８Ａとは反対側に形成されている。制御部材４８には、図示しない付勢部材が取り付けられている。付勢部材は、制御部材４８に連結部材４６から離れる力を付与する。付勢部材は、例えば、ばねである。

変速カム４０は、接触部４８Ｂと対向する位置に配置されている。変速カム４０は、カム面４０Ａを備えている。変速カム４０は、アクチュエータ４２に結合されている。アクチュエータ４２である電動モータの一方向の回転にともなって、変速カム４０のカム面４０Ａが変速軸２６の軸方向において爪４６Ａに近付く方向に制御部材４８を移動させる。アクチュエータ４２である電動モータの他方向の回転にともなって、変速カム４０が変速軸２６の軸方向において制御部材４８から離れる方向の制御部材４８の移動を許容し、付勢部材（図示略）が制御部材４８を爪４６Ａから離れる方向に移動させる。

ワンウェイクラッチ４４は、ローラクラッチである。ワンウェイクラッチ４４は、入力回転軸１４の一方向の回転速度が出力部１６の一方向の回転速度以上のときに入力回転軸１４と出力部１６とを一体的に回転させる。ワンウェイクラッチ４４は、入力回転軸１４の一方向の回転速度が出力部１６の一方向の回転速度未満のときに、入力回転軸１４と出力部１６との相対回転を許容する。なお、一方向の回転は、自転車（図示略）が前進するときの入力回転軸１４の回転方向に相当する。

制御部材４８が変速軸２６の軸方向において連結部材４６から離れる側に移動して連結部材４６から離れた位置にあるとき、すなわち、変速機構２０が第１状態にあるとき、テーパ面４８Ａが爪４６Ａから離れて爪４６Ａが第３回転体３４の溝３４Ｂに向かって突出する。これにより、爪４６Ａが、溝３４Ｂに嵌まり込む。このため、第３回転体３４が変速軸２６および第２回転体３２に対して相対回転不能となる。このため、変速軸２６および第２回転体３２のトルクが第３回転体３４に伝達される。

第１回転体３０の歯車３０Ａの歯数よりも第４回転体３６の歯車３６Ａの歯数の方が少ない。このため、切替機構２２が図１に示す第１状態にあるとき、変速機構２０に入力された回転は、増速されて出力部１６に出力される。切替機構２２が第１状態にあるとき、入力回転軸１４および第１回転体３０の回転速度は、出力部１６の回転速度未満である。このため、ワンウェイクラッチ４４は、入力回転軸１４および第１回転体３０と出力部１６との相対回転を許容する。このため、入力回転軸１４の回転は、変速機構２０により増速されて出力部１６に出力される。

図２に示されるように、制御部材４８が変速軸２６の軸方向において連結部材４６に近付く側に移動して連結部材４６と接触する位置にあるとき、すなわち、変速機構２０が第２状態にあるとき、テーパ面４８Ａが爪４６Ａを押し下げる。これにより、爪４６Ａが、溝３４Ｂから離脱する。すなわち、制御部材４８は、連結部材４６を第３回転体３４から切り離す。このため、第３回転体３４が変速軸２６および第２回転体３２に対して相対回転可能となる。このため、変速軸２６および第２回転体３２のトルクが第３回転体３４に伝達されない。

切替機構２２が図２に示す第２状態にあるとき、第２回転体３２から第３回転体３４にトルクが伝達されない。このため、切替機構２２が第２状態にあるとき、入力回転軸１４および第１回転体３０の回転速度は、出力部１６の回転速度以上である。このため、ワンウェイクラッチ４４は、入力回転軸１４および第１回転体３０と出力部１６とを一体的に回転させる。このため、入力回転軸１４の回転は、変速機構２０により増速されずに出力部１６に出力される。

アシスト機構２４は、アシストモータ５０を備えている。アシストモータ５０の出力軸５２は、外周に歯車５２Ａが設けられている。歯車５２Ａは、第３回転体３４の歯車３４Ａとは異なる位置において第４回転体３６の歯車３６Ａに噛み合わせられている。すなわち、アシストモータ５０は、第４回転体３６を介して出力部１６と結合されている。

伝達体２８には、トルクセンサ５４が取り付けられている。トルクセンサ５４は、伝達体２８にかかるトルクに応じた信号を制御装置５６に出力する。制御装置５６は、トルクセンサ５４の出力に基づいてアシストモータ５０を制御する。トルクセンサ５４は、例えば歪センサによって実現される。歪センサの信号は無線によって、制御装置５６に伝送される。制御装置５６は、アクチュエータ４２を制御する。制御装置５６には、図示しない変速操作部に接続され、変速操作部からの信号に基づいてアクチュエータ４２を駆動する。変速操作部は、自転車のハンドルに設けられる変速スイッチ、変速レバーによって実現される。変速操作部は、電気配線によって制御装置５６に接続されていてもよく、無線によって制御装置５６に接続されていてもよい。また制御装置５６は、たとえば自転車に設けられるセンサの検出信号に基づいて、アクチュエータ４２を駆動してもよい。センサは、たとえば自転車の速度を検出する速度センサ、クランクのケイデンスを検出するケイデンスセンサなどである。制御装置５６がアクチュエータ４２を駆動することによって、変速装置１０は、２段の変速装置として機能する。

変速装置１０の作用について説明する。
連結部材４６は、入力回転軸１４の回転が増速された後の変速軸２６と第３回転体３４との間に配置される。すなわち、連結部材４６にかかるトルクは、入力回転軸１４にかかるトルクよりも小さい。このため、変速機構２０が第１状態にあって連結部材４６の爪４６Ａが第３回転体３４の溝３４Ｂに嵌め込まれているときに爪４６Ａが溝３４Ｂから抜けるための力を小さくできる。

変速装置１０は、以下の効果を奏する。
（１）切替機構２２は、入力回転軸１４よりも回転速度が高く、トルクの小さい変速軸２６と第３回転体３４との間のトルクの伝達を切り替える。このため、入力回転軸１４の回転が減速された後の部材間のトルクの伝達を切り替える場合と比較して、変速性能を向上できる。

（２）切替機構２２は、ワンウェイクラッチ４４を備えている。このため、例えば、電動のクラッチを設けて入力回転軸１４または第１回転体３０と出力部１６との間のトルクの伝達を制御する場合と比較して、変速装置１０の構成を簡便化できる。

（３）アシストモータ５０は、第４回転体３６にトルクを伝達する。このため、入力回転軸１４から出力部１６までの動力伝達経路において、第４回転体３６よりも上流にアシストモータ５０のトルクを伝達する場合と比較して、連結部材４６にかかるトルクを小さくできる。このため、アシストモータ５０からのトルクにより変速性能が低下することを抑制できる。

（第２実施形態）
図３を参照して、第２実施形態の自転車の変速装置について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

変速装置１０は、入力回転軸１４、出力部１６、ハウジング１８、入力回転軸１４から入力された回転を出力部１６に出力可能な変速機構６０、および、切替機構６２を備えている。

変速機構６０は、変速軸２６、伝達体２８、第１回転体３０、第２回転体３２、第３回転体３４、第４回転体３６、第５回転体６４、および、第６回転体６６を備えている。伝達体２８と第１回転体３０とは一体化されている。

第５回転体６４は、変速軸２６まわりに変速軸２６と同軸に配置される。第５回転体６４は、切替機構６２のワンウェイクラッチ６８を介して変速軸２６に支持される。このため、第５回転体６４は、変速軸２６が所定の方向に回転したときに、軸芯Ｃまわりに変速軸２６と一体に回転可能である。第５回転体６４の外周には、歯車６４Ａが形成されている。

第６回転体６６は、円筒形状を有する。第６回転体６６は、出力部１６まわりに出力部１６と同軸に配置される。第６回転体６６は、スプライン嵌合または圧入等により出力部１６に結合されている。このため、第６回転体６６は、出力部１６と一体に回転可能である。第６回転体６６の外周には、歯車６６Ａが形成されている。歯車６６Ａは、第５回転体６４の歯車６４Ａに噛み合わせられている。このため、第５回転体６４のトルクは、第６回転体６６に伝達される。第６回転体６６の歯車６６Ａの歯数は、第５回転体６４の歯車６４Ａの歯数よりも少ない。このため、第５回転体６４の回転は、減速されて第６回転体６６に伝達される。なお、第５回転体６４と第６回転体６６との間の減速比は、第３回転体３４と第４回転体３６との間の所定の減速比とは異なっている。第５回転体６４と第６回転体６６との間の減速比は、第３回転体３４と第４回転体３６との間の所定の減速比よりも小さい。また、第１回転体３０と第２回転体３２との間の増速比は、第５回転体６４と第６回転体６６との間の減速比よりも小さい。このため、第１回転体３０から第２回転体３２および第５回転体６４を経て第６回転体６６に回転が伝達されるとき、第６回転体６６の回転速度は、第１回転体７４よりも小さい。

切替機構６２は、変速機構６０を介して第１状態と第２状態とを切り替える。
切替機構６２は、第１状態では、入力回転軸１４と第１回転体３０との間、第１回転体３０と第２回転体３２との間、第２回転体３２と第３回転体３４との間、第３回転体３４と第４回転体３６との間、および、第４回転体３６と出力部１６との間の全てにおいてトルクを伝達させ、かつ、第２回転体３２と第５回転体６４との間においてトルクを伝達させない。切替機構６２は、第２状態では、入力回転軸１４と第１回転体３０との間、第１回転体３０と第２回転体３２との間、第２回転体３２と第５回転体６４との間、第５回転体６４と第６回転体６６との間、および、第６回転体６６と出力部１６との間の全てにおいてトルクを伝達させ、かつ、第２回転体３２と第３回転体３４との間においてトルクを伝達させない。

切替機構６２は、切替部３８、アクチュエータ４２、および、伝達体２８の内周と出力部１６の外周との間に配置されるワンウェイクラッチ６８を備えている。
ワンウェイクラッチ６８は、ローラクラッチである。ワンウェイクラッチ６８は、変速軸２６および第２回転体３２の一方向の回転速度が第５回転体６４の一方向の回転速度以上のときに変速軸２６と第５回転体６４とを一体的に回転させる。ワンウェイクラッチ６８は、変速軸２６および第２回転体３２の一方向の回転速度が第５回転体６４の一方向の回転速度未満のときに変速軸２６と第５回転体６４との相対回転を許容する。なお、一方向の回転は、自転車（図示略）が前進するときの変速軸２６および第２回転体３２の回転方向に相当する。

変速機構６０が第１状態にあるとき、爪４６Ａが、溝３４Ｂに嵌まり込むため、変速軸２６および第２回転体３２のトルクが第３回転体３４に伝達される。第３回転体３４に伝達された回転は、第４回転体３６を介して出力部１６に出力される。切替機構６２が第１状態にあるとき、変速軸２６および第２回転体３２の回転速度は、出力部１６から第６回転体６６を経て第５回転体６４に入力された第５回転体６４の回転速度未満である。このため、ワンウェイクラッチ６８は、変速軸２６と第５回転体６４との相対回転を許容する。このため、入力回転軸１４の回転は、第１回転体３０と第２回転体３２との間の変速比、および、第３回転体３４および第４回転体３６との間の変速比に応じて変速されて出力部１６に出力される。

変速機構６０が第２状態にあるとき、爪４６Ａが、溝３４Ｂから離脱するため、変速軸２６および第２回転体３２のトルクが第３回転体３４に伝達されない。このため、切替機構６２が第２状態にあるとき、変速軸２６および第２回転体３２の回転速度は、第５回転体６４に入力された第５回転体６４の回転速度以上である。このため、ワンウェイクラッチ６８は、変速軸２６と第５回転体６４とを一体的に回転させる。このため、入力回転軸１４の回転は、第１回転体３０と第２回転体３２との間の変速比、および、第５回転体６４および第６回転体６６との間の変速比に応じて変速されて出力部１６に出力される。なお、本実施形態の変速装置１０によれば、第１実施形態の効果に準じた効果を奏することができる。

（第３実施形態）
図４を参照して、第３実施形態の自転車の変速装置について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

変速装置１０は、入力回転軸１４、出力部１６、ハウジング１８、入力回転軸１４から入力された回転を出力部１６に出力可能な変速機構７０、および、切替機構７２を備えている。

変速機構７０は、変速軸２６、伝達体２８、第１回転体７４、第２回転体７６、第３回転体７８、および、第４回転体８０を備えている。
第１回転体７４は、円筒形状を有し、軸方向の一端が伝達体２８に嵌め込まれている。すなわち、伝達体２８は、入力回転軸１４と第１回転体７４とを結合する。第１回転体７４の外周には歯車７４Ａが形成されている。

第２回転体７６は、変速軸２６まわりに変速軸２６と同軸に配置される。第２回転体７６は、切替機構７２のワンウェイクラッチ８６を介して変速軸２６に支持される。このため、第２回転体７６は、軸芯Ｃまわりに変速軸２６と一体に回転可能である。第２回転体７６の外周には歯車７６Ａが形成されている。歯車７６Ａは、第１回転体７４の歯車７４Ａと噛み合わせられている。このため、第１回転体７４のトルクは、伝達体２８を介して第２回転体７６に伝達される。第２回転体７６の歯車７６Ａの歯数は、第１回転体７４の歯車７４Ａの歯数よりも少ない。このため、第１回転体７４の回転は、増速されて第２回転体７６に伝達される。

第３回転体７８は、変速軸２６まわりに変速軸２６と同軸に配置される。第３回転体７８は、スプライン嵌合および圧入等により変速軸２６に相対回転不能に支持される。このため、第３回転体７８は、軸芯Ｃまわりに変速軸２６と一体に回転可能である。第３回転体７８の外周には歯車７８Ａが形成されている。

第４回転体８０は、円筒形状を有する。第４回転体８０は、出力部１６まわりに出力部１６と同軸に配置される。第４回転体８０は、スプライン嵌合または圧入等により出力部１６に結合されている。このため、第４回転体８０は、出力部１６と一体に回転可能である。第４回転体８０の外周には、歯車８０Ａが形成されている。歯車８０Ａは、第３回転体７８の歯車７８Ａに噛み合わせられている。このため、第３回転体７８のトルクは、第４回転体８０に伝達される。第４回転体８０の歯車８０Ａの歯数は、第３回転体７８の歯車７８Ａの歯数よりも少ない。このため、第４回転体８０の回転は、減速されて第４回転体８０に伝達される。なお、第１回転体７４と第２回転体７６との間の増速比は、第３回転体７８と第４回転体８０との間の所定の減速比よりも小さい。このため、第１回転体７４から第２回転体７６および第３回転体７８を経て第４回転体８０に回転が伝達されるとき、第４回転体８０の回転速度は、第１回転体７４よりも小さい。

切替機構７２は、変速機構７０を介して、出力部１６および入力回転軸１４を連結する第１状態と、変速機構２０を介さずに出力部１６および入力回転軸１４を連結する第２状態とを切り替える。

切替機構２２は、第１状態では、入力回転軸１４と第１回転体７４との間、第１回転体７４と第２回転体７６との間、第２回転体７６と第３回転体７８との間、第３回転体７８と第４回転体８０との間、および、第４回転体８０と出力部１６との間の全てにおいてトルクを伝達させる。切替機構７２は、第２状態では、第２回転体７６と第３回転体７８との間においてトルクを伝達させない。

切替機構７２は、変速軸２６と第３回転体７８の内周との間に配置される切替部８２、切替部８２を動作させるアクチュエータ４２、および、第２回転体７６の内周と変速軸２６の外周との間に配置されるワンウェイクラッチ８６を備えている。

切替部８２は、出力部１６の外周と第１回転体７４の内周との間に少なくとも一部が配置される連結部材８４、制御部材４８、および、変速カム４０を備えている。
連結部材８４は、出力部１６の外周に設けられる。連結部材８４は、出力部１６と第１回転体７４とを連結可能である。連結部材８４は、出力部１６から第１回転体７４の内周に向かって突出可能な爪８４Ａを備えている。

ワンウェイクラッチ８６は、ローラクラッチである。ワンウェイクラッチ８６は、入力回転軸１４の一方向の回転速度が出力部１６の一方向の回転速度以下のときに第２回転体７６と変速軸２６とを一体的に回転させる。ワンウェイクラッチ８６は、入力回転軸１４の一方向の回転速度が出力部１６の一方向の回転速度よりも大きいときに、入力回転軸１４と出力部１６との相対回転を許容する。なお、一方向の回転は、自転車（図示略）が前進するときの入力回転軸１４の回転方向に相当する。

制御部材４８が出力部１６の軸方向において連結部材８４に近付く側に移動して連結部材８４と接触する位置にあるとき、すなわち、変速機構２０が第１状態にあるとき、テーパ面４８Ａが爪８４Ａを押し下げる。これにより、爪８４Ａが、第１回転体７４の内周に形成されている溝７４Ｂから離脱する。すなわち、制御部材４８は、連結部材８４を第１回転体７４から切り離す。このため、第１回転体７４が出力部１６に対して相対回転可能となる。このため、第１回転体７４のトルクが出力部１６に伝達されない。

このとき、第１回転体７４のトルクは、第２回転体７６に伝達されて、第２回転体７６を回転させる。このとき、第３回転体７８の回転速度は、第２回転体７６の回転速度以下であるため、第２回転体７６は、ワンウェイクラッチ８６および変速軸２６を介して第３回転体７８を一体に回転させる。第３回転体７８のトルクは、第４回転体８０を介して出力部１６に伝達される。このため、入力回転軸１４の回転は、変速機構７０により減速されて出力部１６に出力される。

制御部材４８が出力部１６の軸方向において連結部材８４から離れる側に移動して連結部材８４から離れた位置にあるとき、すなわち、変速機構７０が第２状態にあるとき、テーパ面４８Ａが爪８４Ａから離れて爪８４Ａが第１回転体７４の内周に形成される溝７４Ｂに向かって突出する。これにより、爪４６Ａが、溝７４Ｂに嵌まり込む。このため、第１回転体７４が出力部１６に対して相対回転不能となる。このため、第１回転体７４のトルクが出力部１６に伝達される。

このとき、出力部１６のトルクは、第４回転体８０を介して第３回転体７８に伝達される。第３回転体７８の歯車７８Ａの歯数は、第４回転体８０の歯車８０Ａの歯数よりも多い。このため、入力回転軸１４、出力部１６、および、第１回転体７４の回転速度は、第３回転体７８および変速軸２６の回転速度未満である。このため、第２回転体７６は、ワンウェイクラッチ８６により変速軸２６に対する相対回転が可能となる。このため、第２回転体７６の回転は、変速軸２６に伝達されない。このため、入力回転軸１４の回転は、変速機構７０により減速されずに出力部１６に出力される。

（変形例）
自転車の変速装置が取り得る具体的な形態は、上記実施形態に例示された形態に限定されない。自転車の変速装置は、上記実施形態とは異なる各種の形態を取り得る。以下に示される上記実施形態の変形例は、自転車の変速装置が取り得る各種の形態の一例である。

・第１実施形態の連結部材４６を、図５に示すように伝達体２８と第１回転体３０との間に配置することもできる。この場合、ワンウェイクラッチ４４は、入力回転軸１４と出力部１６との間に配置される。また、第３回転体３４は、変速軸２６にスプライン嵌合または圧入等により回転不能に支持される。なお、連結部材４６を、入力回転軸１４と伝達体２８との間に配置することもできる。この場合も、入力回転軸１４に入力された回転が入力回転軸１４の回転よりも減速された後に連結部材４６を配置する場合と比較して、変速装置１０の変速性能を向上できる。

・第１実施形態の連結部材４６を、図６に示すように第２回転体３２と変速軸２６との間に配置することもできる。この場合、第３回転体３４は、変速軸２６にスプライン嵌合または圧入等により回転不能に支持される。

・第１実施形態の連結部材４６を、図７に示すように第４回転体３６と出力部１６との間に配置することもできる。この場合、第３回転体３４は、変速軸２６にスプライン嵌合または圧入等により回転不能に支持される。

・第１実施形態の連結部材４６を、第３回転体３４の内周に設けることもできる。この場合、変速軸２６の外周に連結部材４６の爪４６Ａが嵌まり込む溝が形成される。
・第１実施形態の伝達体２８と第１回転体３０とを、図８に示すように一体的に形成することもできる。

・第１および第２実施形態の変速機構２０，６０において、第３回転体３４と第４回転体３６との間において増速することもできる。この場合、第２実施形態において、第５回転体６４と第６回転体６６との間において、第３回転体３４と第４回転体３６とは異なる増速比であって、第３回転体３４と第４回転体３６の増速比よりも小さい増速比で増速することもできる。

・第１〜３実施形態のアシストモータ５０を第２回転体３２，７６に結合することもできる。具体的には、図９に示すように、アシストモータ５０の出力軸５２の歯車５２Ａを第２回転体３２の歯車３２Ａに噛み合わせる。変速軸２６のトルクには、アシストモータ５０のトルクが加わる。このため、制御部材４８のテーパ面４８Ａと爪４６Ａとが接触したとき、アシストモータ５０のトルクが加えられた力が、テーパ面４８Ａに沿って爪４６Ａが変速軸２６に押し下げられる力に変換され、変速しやすくすることができる。

・第１〜３実施形態のワンウェイクラッチ４４，６８，８６を、ラチェット機構を備えるワンウェイクラッチにすることもできる。
・第１〜３実施形態の変速装置１０に、出力部１６の逆転を防止するワンウェイクラッチを設けることもできる。ワンウェイクラッチは、例えば、入力回転軸１４と伝達体２８との間に設けられる。

・第１〜３実施形態のアシストモータ５０と第３回転体３４，７８との間に減速機構を設けることもできる。
・第１〜３実施形態のアシスト機構２４を省略することもできる。

・第１〜３実施形態の変速装置１０をクランク軸の径方向外側に設けることもできる。この場合、クランク軸の回転を入力回転軸に入力する伝達機構が設けられる。
・第１〜３実施形態のアクチュエータ４２を省略することもできる。この場合、自転車に取り付けられる操作装置と切替機構２２，６２，７２とをワイヤーにより接続し、ワイヤーの動作により変速カム４０を動作させる。

・前述の各実施の形態では、変速装置１０は、第１回転体と第２回転体とが歯車によって連結され、第３回転体と第４回転体とが歯車によって連結され、第５回転体と第６回転体とが歯車によって連結されているが、以下のように変更することもできる。すなわち、変速装置１０は、第１〜６回転体がスプロケットまたはプーリーによって形成され、第１回転体と第２回転体との間、第３回転体と第４回転体との間、第５回転体と第６回転体との間が、それぞれチェーンまたはベルトなどの環状体によって連結されていてもよい。

上記実施形態及び変形例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（付記１）
入力回転軸と、
出力部と、
前記入力回転軸から入力された回転を変速して、前記出力部に出力可能な変速機構と、
切替機構とを備え、
前記変速機構は、
前記入力回転軸と一体に回転可能な第１回転体と、
前記入力回転軸に対して位置が変わらない軸芯まわりに回転可能であり、第１回転体の回転が増速して伝達される第２回転体と、
前記第２回転体と一体に回転可能な第３回転体と、
前記第３回転体のトルクが所定の変速比で減速して伝達され、前記出力部と一体に回転可能な第４回転体とを備え、
前記第２回転体と一体に回転可能な第５回転体と、
前記第５回転体のトルクが前記所定の変速比とは異なる変速比で減速して伝達され、前記出力部と一体に回転可能な第６回転体とを備え、
前記切替機構は、前記入力回転軸と前記第１回転体との間、前記第１回転体と前記第２回転体との間、前記第２回転体と前記第３回転体との間、前記第３回転体と前記第４回転体との間、および、前記第４回転体と出力部との間の全てにおいてトルクを伝達させ、かつ、第２回転体と第５回転体との間においてトルクを伝達させない第１状態と、前記入力回転軸と前記第１回転体との間、前記第１回転体と前記第２回転体との間、前記第２回転体と前記第５回転体との間、前記第５回転体と前記第６回転体との間、および、前記第６回転体と出力部との間の全てにおいてトルクを伝達させ、かつ、前記第２の回転体と前記第３の回転体との間においてトルクを伝達させない第２状態とを切り替える、自転車の変速装置。

（付記２）
入力回転軸と、
出力部と、
前記入力回転軸から入力された回転を減速して、前記出力部に出力可能な変速機構と、
前記変速機構を介して、前記出力部および前記入力回転軸を連結する第１状態と、前記変速機構を介さずに、前記出力部および前記入力回転軸を連結する第２状態とを切り替える切替機構とを備え、
前記変速機構は、
前記入力回転軸と一体に回転可能な第１回転体と、
前記入力回転軸に対して位置が変わらない軸芯まわりに回転可能であり、第１回転体の回転が所定倍に増速して伝達される第２回転体と、
前記第２回転体と一体に回転可能な第３回転体と、
前記第３回転体のトルクが前記所定倍よりも大きく減速して伝達され、前記出力部と一体に回転可能な第４回転体とを備え、
前記切替機構は、前記第１状態では、前記入力回転軸と前記第１回転体との間、前記第１回転体と前記第２回転体との間、前記第２回転体と前記第３回転体との間、前記第３回転体と前記第４回転体との間、および、前記第４回転体と出力部との間の全てにおいてトルクを伝達させ、前記第２状態では、前記第２回転体と前記第３回転体との間、または、前記第３回転体と前記第４回転体との間において前記トルクを伝達させない、自転車の変速装置。

１０変速装置
１４入力回転軸（クランク軸）
１６出力部
１６Ａ取付部
２０変速機構
２６変速軸
２８伝達体
３０第１回転体
３２第２回転体
３４第３回転体
２４Ｂ溝
３６第４回転体
２２切替機構
３８切替部
４６連結部材
４６Ａ爪
４８制御部材
４４ワンウェイクラッチ（ローラクラッチ）
５０アシストモータ
５４トルクセンサ

Claims

入力回転軸と、
出力部と、
前記入力回転軸から入力された回転を増速して、前記出力部に出力可能な変速機構と、
前記変速機構を介して、前記出力部および前記入力回転軸を連結する第１状態と、前記変速機構を介さずに、前記出力部および前記入力回転軸を連結する第２状態とを切り替える切替機構とを備え、
前記変速機構は、
前記入力回転軸と一体に回転可能な第１回転体と、
前記入力回転軸に対して位置が変わらない軸芯まわりに回転可能であり、前記第１回転体のトルクが伝達される第２回転体と、
前記第２回転体と一体に回転可能な第３回転体と、
前記第３回転体のトルクが伝達され、前記出力部と一体に回転可能な第４回転体と、
前記第２回転体および前記第３回転体を支持する変速軸と、を備え、
前記切替機構は、
前記変速軸と前記第２回転体との間、前記変速軸と前記第３回転体との間、または、前記第４回転体と前記出力部との間に少なくとも一部が配置される切替部と、
前記入力回転軸の一方向の回転速度が前記出力部の一方向の回転速度以上のときに前記入力回転軸と前記出力部とを一体的に回転させ、かつ、前記入力回転軸の一方向の回転速度が前記出力部の一方向の回転速度未満のときに、前記入力回転軸と前記出力部との相対回転を許容するワンウェイクラッチとを備える、自転車の変速装置。
入力回転軸と、
出力部と、
前記入力回転軸から入力された回転を増速して、前記出力部に出力可能な変速機構と、
前記変速機構を介して、前記出力部および前記入力回転軸を連結する第１状態と、前記変速機構を介さずに、前記出力部および前記入力回転軸を連結する第２状態とを切り替える切替機構とを備え、
前記変速機構は、
前記入力回転軸と一体に回転可能な第１回転体と、
前記入力回転軸に対して位置が変わらない軸芯まわりに回転可能であり、前記第１回転体のトルクが伝達される第２回転体と、
前記第２回転体と一体に回転可能な第３回転体と、
前記第３回転体のトルクが伝達され、前記出力部と一体に回転可能な第４回転体と、
前記第２回転体および前記第３回転体を支持する変速軸と、を備え、
前記切替機構は、
前記変速軸と前記第２回転体との間、前記変速軸と前記第３回転体との間、または、前記第４回転体と前記出力部との間に少なくとも一部が配置される切替部を備え、
前記切替部は、
前記変速軸と前記第３回転体との間に少なくとも一部が配置され、前記変速軸と前記第３回転体とを連結可能な連結部材と、前記連結部材を前記変速軸または前記第３回転体から切り離す制御部材とを備える、自転車の変速装置。
入力回転軸と、
出力部と、
前記入力回転軸から入力された回転を増速して、前記出力部に出力可能な変速機構と、
前記変速機構を介して、前記出力部および前記入力回転軸を連結する第１状態と、前記変速機構を介さずに、前記出力部および前記入力回転軸を連結する第２状態とを切り替える切替機構とを備え、
前記変速機構は、
前記入力回転軸と一体に回転可能な第１回転体と、
前記入力回転軸に対して位置が変わらない軸芯まわりに回転可能であり、前記第１回転体のトルクが伝達される第２回転体と、
前記第２回転体と一体に回転可能な第３回転体と、
前記第３回転体のトルクが伝達され、前記出力部と一体に回転可能な第４回転体と、
前記第２回転体および前記第３回転体を支持する変速軸と、を備え、
前記切替機構は、
前記変速軸と前記第２回転体との間、または、前記変速軸と前記第３回転体との間に少なくとも一部が配置される切替部を備える、自転車の変速装置。
前記切替部は、前記変速軸と前記第３回転体との間に少なくとも一部が配置され、前記変速軸と前記第３回転体とを連結可能な連結部材と、前記連結部材を前記変速軸または前記第３回転体から切り離す制御部材とを備える、請求項３に記載の自転車の変速装置。
前記連結部材は、前記変速軸の外周に設けられ、前記第３回転体の内周に形成される溝に突出または前記溝から離脱する爪を備え、
前記切替部は、前記溝に向かって突出するように前記爪に力を付与する弾性部材をさらに備え、
前記爪は、
前記変速機構が前記第１状態である場合、前記制御部材によって前記変速軸側に押し下げられず、前記弾性部材から付与される力によって前記溝に嵌り込み、前記変速軸と前記第３回転体とを連結し、
前記変速機構が前記第２状態である場合、前記制御部材によって前記変速軸側に押し下げられ、前記溝から離脱し、前記変速軸と前記第３回転体とを連結しない、請求項２または４に記載の自転車の変速装置。
前記制御部材は、前記変速軸の軸方向に移動可能である、請求項２、４、または、５に記載の自転車の変速装置。
前記切替機構は、前記入力回転軸の一方向の回転速度が前記出力部の一方向の回転速度以上のときに前記入力回転軸と前記出力部とを一体的に回転させ、かつ、前記入力回転軸の一方向の回転速度が前記出力部の一方向の回転速度未満のときに、前記入力回転軸と前記出力部との相対回転を許容するワンウェイクラッチをさらに備える、請求項２〜４のいずれか一項に記載の自転車の変速装置。
前記切替機構は、前記第１状態では、前記入力回転軸と前記第１回転体との間、前記第１回転体と前記第２回転体との間、前記第２回転体と前記第３回転体との間、前記第３回転体と前記第４回転体との間、および、前記第４回転体と前記出力部との間の全てにおいてトルクを伝達させ、前記第２状態では、前記入力回転軸と前記第１回転体との間、前記第１回転体と前記第２回転体との間、前記第２回転体と前記第３回転体との間、前記第３回転体と前記第４回転体との間、および、前記第４回転体と前記出力部との間のうちのいずれかにおいてトルクを伝達させない、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自転車の変速装置。
前記変速軸は、前記第２回転体および前記第３回転体の少なくとも一方と一体に回転する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自転車の変速装置。
前記変速機構は、前記第１回転体および前記第２回転体によって増速し、前記第３回転体および前記第４回転体によって減速する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の自転車の変速装置。
前記第２回転体または前記出力部にトルクを伝達するアシストモータが結合される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の自転車の変速装置。
前記変速機構は、前記入力回転軸と前記第１回転体とを結合する伝達体をさらに備え、
前記伝達体にトルクセンサが取り付けられる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の自転車の変速装置。
前記入力回転軸は、人力駆動力が入力されるクランク軸である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自転車の変速装置。
前記出力部には、スプロケットを取り付け可能な取付部を有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の自転車の変速装置。
入力回転軸と、
出力部と、
前記入力回転軸から入力された回転を増速して、前記出力部に出力可能な変速機構と、
前記変速機構を介して、前記出力部および前記入力回転軸を連結する第１状態と、前記変速機構を介さずに、前記出力部および前記入力回転軸を連結する第２状態とを切り替える切替機構とを備え、
前記変速機構は、
前記入力回転軸と一体に回転可能な第１回転体と、
前記入力回転軸に対して位置が変わらない軸芯まわりに回転可能であり、前記第１回転体のトルクが伝達される第２回転体と、
前記第２回転体と一体に回転可能な第３回転体と、
前記第３回転体のトルクが伝達され、前記出力部と一体に回転可能な第４回転体とを備え、
前記切替機構は、前記入力回転軸の一方向の回転速度が前記出力部の一方向の回転速度以上のときに前記入力回転軸と前記出力部とを一体的に回転させ、かつ、前記入力回転軸の一方向の回転速度が前記出力部の一方向の回転速度未満のときに、前記入力回転軸と前記出力部との相対回転を許容するワンウェイクラッチを備え、
前記入力回転軸と前記第１回転体とを結合する伝達体をさらに備え、
前記伝達体は、筒状に形成されて、前記出力部の一部を覆って設けられ、
前記ワンウェイクラッチは、前記伝達体の内周と前記出力部の外周との間に配置される、自転車の変速装置。
前記伝達体と前記第１回転体とは、一体に形成される、請求項１５に記載の自転車の変速装置。
前記ワンウェイクラッチは、ローラクラッチである、請求項１、７、１５、または、１６に記載の自転車の変速装置。