JP6683977B1 - 自転車用変速機構 - Google Patents

Abstract

【課題】変速作動時における抵抗が少なくなってスムーズに変速を行うことができる低コストな自転車用変速機構を提供する。【解決手段】自転車１０の後輪に従動側回転体３が回転一体に取り付けられる。回転体３は、環状の非偏心伝達部５及び偏心伝達部６からなる駆動伝達部８を備え、駆動伝達部８には、無端状ベルト２が巻き掛けられる。無端状ベルト２には、無端状ベルト２の内方に突出する多数の係合爪２ａが周回方向に等間隔に形成される。非偏心伝達部５及び偏心伝達部６は、回転軸心Ｃ１に沿って交互に複数配設され、それぞれ係合爪２ａに係合可能な係合凹部３ａが外周面の周方向に等間隔に形成される。非偏心伝達部５は、中心軸５ａが回転軸心Ｃ１に一致している。偏心伝達部６は、その各係合凹部３ａのうちの１つが後輪に近い側に隣り合う非偏心伝達部５の各係合凹部３ａのうちの１つと一致するように中心軸６ａが回転軸心Ｃ１から偏心している。【選択図】図１

Description

本発明は、自転車用変速機構に関する。

従来より、例えば、特許文献１に開示されている自転車用変速機構は、自転車の後輪に回転一体に取り付けられた多段スプロケットを備え、該多段スプロケットは、回転軸心に沿って並設された複数の円板状ギアを有している。各ギアは、外径が異なっており、後輪から離れるにつれて小さくなるよう配設されている。各ギアのうちの１つにチェーンが巻き掛けられ、チェーンの周回移動動作を多段スプロケットに伝達することにより、当該多段スプロケットを介して後輪を回転させるようになっている。多段スプロケットの下方には、チェーンを回転軸心に沿う方向に移動させることが可能なリアディレイラーが配設され、当該リアディレイラーを操作することにより、チェーンの巻き掛かるギアを他のギアに変更して自転車を変速させるようにしている。

特開平８−４０３４２号公報

ところで、上述の如き変速機構では、チェーン内方の各ローラ間にギアの各歯部が入り込んでいるので、自転車を変速させる際、ディレイラーは、チェーンを大きく弛ませながら回転軸心に沿う方向に移動させる必要がある。したがって、機構が複雑でコストが嵩むとともに、変速動作時に大きな抵抗が加わるのでスムーズな変速が行われ難いという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、変速作動時における抵抗が少なくなってスムーズに自転車の変速を行うことができる低コストな自転車用変速機構を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、後輪に回転一体に取り付けられた回転体において無端状ベルトが巻き掛かる一部領域に、中心軸が回転軸心から偏心する環状部分を設けるようにしたことを特徴とする。

具体的には、自転車の後輪に回転一体に取り付けられ、回転軸心に沿う方向において外径が上記後輪から離れるにつれて小さくなるように設定された駆動伝達手段を有する回転体と、上記駆動伝達手段に巻き掛けられ、且つ、内方に突出する多数の係合爪が周回方向に等間隔に形成され、周回移動動作を上記回転体に伝達して当該回転体を介して上記後輪を回転させる可撓性無端状ベルトと、該無端状ベルトを上記回転軸心に沿う方向に移動させて当該無端状ベルトの巻き掛かる上記駆動伝達手段の位置を変更することにより上記自転車を変速させるベルト位置変更手段とを備えた自転車用変速機構において、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明では、上記駆動伝達手段は、上記係合爪に係合可能な係合凹部が外周面の周方向に等間隔に形成され、上記回転軸心に沿って交互に複数配設された環状の非偏心伝達部及び偏心伝達部を備え、上記非偏心伝達部は、中心軸が上記回転軸心に一致しており、上記偏心伝達部は、当該偏心伝達部の各係合凹部のうちの１つが上記後輪に近い側に隣り合う上記非偏心伝達部の各係合凹部のうちの１つと一致するように中心軸が上記回転軸心から偏心していることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、上記偏心伝達部は、当該偏心伝達部の各係合凹部のうちの１つが上記後輪から遠い側に隣り合う上記非偏心伝達部における上記偏心伝達部の偏心側とは反対側に位置する各係合凹部のうちの１つと一致するよう設計されていることを特徴とする。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、上記係合爪には、当該係合爪の頂点において開口するとともに上記無端状ベルトの幅方向に延びて当該無端状ベルトの幅方向両端に開放するスリットが形成されていることを特徴とする。

第１の発明では、無端状ベルトが非偏心伝達部に巻き掛かって周回移動している場合において、ベルト位置変更手段により無端状ベルトに対して後輪から離れる方向に力が加わると、非偏心伝達部の１つの係合凹部と偏心伝達部の１つの係合凹部とが一致しているので、非偏心伝達部における偏心伝達部の各係合凹部のうちの１つと一致する係合凹部に無端状ベルトが巻き掛かったときに当該無端状ベルトが大きく弛むことなく偏心伝達部側へスライドして偏心伝達部に巻き掛かるようになる。一方、無端状ベルトが偏心伝達部に巻き掛かって周回移動している場合において、ベルト位置変更手段により無端状ベルトに対して後輪に近づく方向に力が加わると、非偏心伝達部の１つの係合凹部と偏心伝達部の１つの係合凹部とが一致しているので、偏心伝達部における非偏心伝達部の各係合凹部のうちの１つと一致する係合凹部に無端状ベルトが巻き掛かったときに当該無端状ベルトが大きく弛むことなく非偏心伝達部側へスライドして非偏心伝達部に巻き掛かるようになる。このように、無端状ベルトを大きく弛ませることなく自転車を変速させることができるので、変速作動時における抵抗が少なくなってスムーズな変速を行うことができるとともに、無端状ベルトを大きく弛ませる構造をディレイラーに設ける必要が無く、低コストな変速機構にすることができる。

第２の発明では、無端状ベルトが偏心伝達部に巻き掛かって周回移動している場合において、ベルト位置変更手段により無端状ベルトに対して後輪から離れる方向に力が加わると、非偏心伝達部の１つの係合凹部と偏心伝達部の１つの係合凹部とが一致しているので、偏心伝達部における非偏心伝達部の各係合凹部のうちの１つと一致する係合凹部に無端状ベルトが巻き掛かったときに当該無端状ベルトが大きく弛むことなく非偏心伝達部側へスライドして非偏心伝達部に巻き掛かるようになる。一方、無端状ベルトが非偏心伝達部に巻き掛かって周回移動している場合において、ベルト位置変更手段により無端状ベルトに対して後輪に近づく方向に力が加わると、非偏心伝達部の１つの係合凹部と偏心伝達部の１つの係合凹部とが一致しているので、非偏心伝達部における偏心伝達部の各係合凹部のうちの１つと一致する係合凹部に無端状ベルトが巻き掛かったときに当該無端状ベルトが大きく弛むことなく偏心伝達部側へスライドして偏心伝達部に巻き掛かるようになる。このように、回転体に伝達部が３つ以上ある場合であっても、無端状ベルトを大きく弛ませることなく自転車をスムーズに変速させることができる。

第３の発明では、係合爪におけるスリットを挟んだ一側部分と他側部分とが互いに撓んで接近離間可能になる。したがって、無端状ベルトが非偏心伝達部と偏心伝達部との間を移動する際において、各係合爪がスムーズに各係合凹部に入り込むとともに、各係合爪の外面が各係合凹部の内面にしっかりと密着するようになるので、無端状ベルトが回転体から不意に外れてしまうのを確実に防ぐことができる。

本発明の実施形態１に係る自転車用変速機構が適用された自転車の後輪側正面図である。 本発明の実施形態１に係る自転車用変速機構における従動側回転体の正面図である。 一部断面が示された図２のIII矢視図である。 一部断面が示された図２のIV矢視図である。 図１のV部拡大図である。 図５のVI−VI線における断面図である。 実施形態２における図４相当図である。 図７の内部構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。
《発明の実施形態１》
図１は、本発明の実施形態１に係る自転車用変速機構１が適用された自転車１０における後輪（図示せず）の車軸周りを示す。自転車用変速機構１は、ゴム材からなる断面矩形状をなす可撓性無端状ベルト２と、該無端状ベルト２が巻き掛けられるとともに後輪に回転一体に取り付けられた従動側回転体３と、該従動側回転体３に巻き掛けられた無端状ベルト２を従動側回転体３の回転軸心Ｃ１に沿う方向に移動させるリアディレイラー４（ベルト位置変更手段）とを備えている。

無端状ベルト２は、図５及び図６に示すように、内方に突出する多数の係合爪２ａを備え、該各係合爪２ａは、無端状ベルト２の周回方向に等間隔に設けられている。

各係合爪２ａの突出側縁部は、滑らかに湾曲する凸形状をなす一方、隣り合う係合爪２ａの間は滑らかに湾曲する凹形状をなしていて、無端状ベルト２の内周面は、正面視において周方向に波状に延びる形状になっている。

係合爪２ａには、当該係合爪２ａの突出端において開口するとともに無端状ベルト２の幅方向に延びるスリット２ｂが形成され、該スリット２ｂは、無端状ベルト２の幅方向両端に開放している。

従動側回転体３は、図２乃至図４に示すように、アルミダイカスト鋳造により得られた駆動伝達部８（駆動伝達手段）を備え、該駆動伝達部８は、後輪から離れるにつれて次第に縮径する略円錐台形状をなすとともに、フリーホイール９を固定する固定用孔８Ａが中央に形成されている。

駆動伝達部８は、回転軸心Ｃ１に沿う方向から見て環状をなす非偏心伝達部５及び偏心伝達部６を備え、該非偏心伝達部５又は偏心伝達部６に無端状ベルト２が巻き掛けられるようになっている。

非偏心伝達部５及び偏心伝達部６は、係合爪２ａが係合可能な多数の係合凹部３ａを有し、該係合凹部３ａは、非偏心伝達部５及び偏心伝達部６の各外周面の周方向に等間隔にそれぞれ形成されている。

各係合凹部３ａは、係合爪２ａの外形に対応する凹形状をなす一方、隣り合う係合凹部３ａの間は隣り合う係合爪２ａの間の外形に対応する凸形状をなしていて、非偏心伝達部５及び偏心伝達部６の外周面は、その中心軸周りの周方向に波状に延びる形状になっている。

非偏心伝達部５と偏心伝達部６とは、回転軸心Ｃ１に沿って交互に複数配設され、且つ、それぞれ外径が異なっており、回転軸心Ｃ１に沿う方向において外径が後輪から離れるにつれて小さくなるように設定されている。尚、本発明の実施形態１の場合、非偏心伝達部５は３つ設けられ、偏心伝達部６は２つ設けられている。

各非偏心伝達部５は、中心軸５ａが回転軸心Ｃ１に一致している。

一方、各偏心伝達部６は、当該各偏心伝達部６の各係合凹部３ａのうちの１つ（図２の係合凹部３Ａ）が後輪に近い側に隣り合う非偏心伝達部５の各係合凹部３ａのうちの１つ（図２の係合凹部３Ｂ）と一致するように中心軸６ａが回転軸心Ｃ１から偏心している。

また、各偏心伝達部６は、当該各偏心伝達部６の各係合凹部３ａのうちの１つ（図２の係合凹部３Ｃ）が後輪から遠い側に隣り合う非偏心伝達部５における偏心伝達部６の偏心側とは反対側に位置する各係合凹部３ａのうちの１つ（図２の係合凹部３Ｄ）と一致するように設計されている。

そして、無端状ベルト２は、駆動伝達部８における非偏心伝達部５か、或いは、偏心伝達部６に巻き掛けられていて、周回移動動作を従動側回転体３に伝達して当該従動側回転体３を介して後輪を回転させるようになっている。

リアディレイラー４は、無端状ベルト２を回転軸心Ｃ１に沿う方向に移動させることにより、当該無端状ベルト２の巻き掛かる駆動伝達部８の位置を変更して自転車を変速させるようになっている。

具体的には、無端状ベルト２が非偏心伝達部５に巻き掛かって周回移動している場合において、リアディレイラー４により無端状ベルト２に対して後輪から離れる方向に力が加わると、非偏心伝達部５の係合凹部３Ａと偏心伝達部６の係合凹部３Ｂとが一致しているので、非偏心伝達部５における偏心伝達部６の係合凹部３Ｂと一致する係合凹部３Ａに無端状ベルト２が巻き掛かったときに当該無端状ベルト２が大きく弛むことなく偏心伝達部６側へスライドして偏心伝達部６に巻き掛かるようになる。一方、無端状ベルト２が偏心伝達部６に巻き掛かって周回移動している場合において、リアディレイラー４により無端状ベルト２に対して後輪に近づく方向に力が加わると、非偏心伝達部５の係合凹部３Ａと偏心伝達部６の係合凹部３Ｂとが一致しているので、偏心伝達部６における非偏心伝達部５の係合凹部３Ａと一致する係合凹部３Ｂに無端状ベルト２が巻き掛かったときに当該無端状ベルト２が大きく弛むことなく非偏心伝達部５側へスライドして非偏心伝達部５に巻き掛かるようになる。このように、無端状ベルト２を大きく弛ませることなく自転車を変速させることができるので、変速作動時における抵抗が少なくなってスムーズな変速を行うことができるとともに、無端状ベルト２を大きく弛ませる構造をリアディレイラー４に設ける必要が無く、低コストな変速機構にすることができる。

また、無端状ベルト２が偏心伝達部６に巻き掛かって周回移動している場合において、リアディレイラー４により無端状ベルト２に対して後輪から離れる方向に力が加わると、非偏心伝達部５の係合凹部３Ｃと偏心伝達部６の係合凹部３Ｄとが一致しているので、偏心伝達部６における非偏心伝達部５の係合凹部３Ｃと一致する係合凹部３Ｄに無端状ベルト２が巻き掛かったときに当該無端状ベルト２が大きく弛むことなく非偏心伝達部５側へスライドして非偏心伝達部５に巻き掛かるようになる。一方、無端状ベルト２が非偏心伝達部５に巻き掛かって周回移動している場合において、リアディレイラー４により無端状ベルト２に対して後輪に近づく方向に力が加わると、非偏心伝達部５の係合凹部３Ｃと偏心伝達部６の係合凹部３Ｄとが一致しているので、非偏心伝達部５における偏心伝達部６の係合凹部３Ｄと一致する係合凹部３Ｃに無端状ベルト２が巻き掛かったときに当該無端状ベルト２が大きく弛むことなく偏心伝達部６側へスライドして偏心伝達部６に巻き掛かるようになる。このように、従動側回転体３に非偏心伝達部５と偏心伝達部６とが合計で３つ以上ある場合であっても、無端状ベルト２を大きく弛ませることなく自転車をスムーズに変速させることができる。

このように本発明の実施形態１によると、変速作動時における抵抗が少なくなってスムーズに自転車の変速を行うことができる。尚、無端状ベルト２が偏心伝達部６に巻き掛かっている際、無端状ベルト２を周回移動させると、偏心伝達部６の中心軸６ａが回転軸心Ｃ１に対して偏心しているので、無端状ベルト２が上下動するようになるが、自転車の走行に問題が発生しないように中心軸６ａの偏心量が設定されている。

また、無端状ベルト２の各係合爪２ａにスリット２ｂが形成されているので、係合爪２ａにおけるスリット２ｂを挟んだ一側部分と他側部分とが互いに撓んで接近離間可能になる。したがって、無端状ベルト２が非偏心伝達部５と偏心伝達部６との間を移動する際において、各係合爪２ａがスムーズに各係合凹部３ａに入り込むとともに、各係合爪２ａの外面が各係合凹部３ａの内面にしっかりと密着するようになるので、無端状ベルト２が従動側回転体３から不意に外れてしまうのを確実に防ぐことができる。

《発明の実施形態２》
図７及び図８は、本発明の実施形態２に係る自転車用変速機構１の従動側回転体３を示す。この実施形態２では、無端状ベルト２及び従動側回転体３の一部構造がそれぞれ実施形態１と異なっており、その他は実施形態１と同じであるため、以下、実施形態１と異なる部分のみを説明する。

実施形態２の無端状ベルト２は、断面が略台形状をなしている。

また、実施形態２の駆動伝達部８は、アルミプレートをプレス成形することにより得られた略碗型形状をなす伝達部本体８ａと、アルミプレートをプレス成形することにより得られた環状プレート８ｂとを備え、該環状プレート８ｂは、その中心軸が伝達部本体８ａの中心軸に一致するように当該伝達部本体８ａ内方の中途部に固定されている。

伝達部本体８ａの中心には、第１取付用孔８ｃが形成されている。

一方、環状プレート８ｂの中心には、上記第１取付用孔８ｃに対応する第２取付用孔８ｄが形成されていて、第１取付用孔８ｃ及び第２取付用孔８ｄにフリーホイール９が嵌合するようになっている。

実施形態２の伝達部本体８ａにおける非偏心伝達部５と偏心伝達部６との間には、中心軸周りに環状に延びるテーパ面７が形成され、該テーパ面７は、無端状ベルト２の一方の側面に対応する形状をなしている。

以上より、本発明の実施形態２によると、変速作動時における抵抗の少ない駆動伝達部８をプレス成形により得ることができる。

尚、本発明の実施形態１，２では、駆動伝達部８が非偏心伝達部５を３つ、偏心伝達部６を２つ有する構成になっているが、これに限らず、非偏心伝達部５を４つ、偏心伝達部６を３つ有する構成にしてもよいし、非偏心伝達部５及び偏心伝達部６がそれぞれその他の数を有する構成にしてもよい。

本発明は、自転車用変速機構に適している。

１ 自転車用変速機構
２ 無端状ベルト
２ａ 係合爪
２ｂ スリット
３ 従動側回転体
３ａ 係合凹部
４ リアディレイラー（ベルト位置変更手段）
５ 非偏心伝達部
５ａ 中心軸
６ 偏心伝達部
６ａ 中心軸
８ 駆動伝達部（駆動伝達手段）
１０ 自転車
Ｃ１ 回転軸心

Claims (3)

1. 自転車の後輪に回転一体に取り付けられ、回転軸心に沿う方向において外径が上記後輪から離れるにつれて小さくなるように設定された駆動伝達手段を有する回転体と、
   上記駆動伝達手段に巻き掛けられ、且つ、内方に突出する多数の係合爪が周回方向に等間隔に形成され、周回移動動作を上記回転体に伝達して当該回転体を介して上記後輪を回転させる可撓性無端状ベルトと、
   該無端状ベルトを上記回転軸心に沿う方向に移動させて当該無端状ベルトの巻き掛かる上記駆動伝達手段の位置を変更することにより上記自転車を変速させるベルト位置変更手段とを備えた自転車用変速機構であって、
   上記駆動伝達手段は、上記係合爪に係合可能な係合凹部が外周面の周方向に等間隔に形成され、上記回転軸心に沿って交互に複数配設された環状の非偏心伝達部及び偏心伝達部を備え、
   上記非偏心伝達部は、中心軸が上記回転軸心に一致しており、
   上記偏心伝達部は、当該偏心伝達部の各係合凹部のうちの１つが上記後輪に近い側に隣り合う上記非偏心伝達部の各係合凹部のうちの１つと一致するように中心軸が上記回転軸心から偏心していることを特徴とする自転車用変速機構。
2. 請求項１に記載の自転車用変速機構において、
   上記偏心伝達部は、当該偏心伝達部の各係合凹部のうちの１つが上記後輪から遠い側に隣り合う上記非偏心伝達部における上記偏心伝達部の偏心側とは反対側に位置する各係合凹部のうちの１つと一致するよう設計されていることを特徴とする自転車用変速機構。
3. 請求項１又は２に記載の自転車用変速機構において、
   上記係合爪には、当該係合爪の頂点において開口するとともに上記無端状ベルトの幅方向に延びて当該無端状ベルトの幅方向両端に開放するスリットが形成されていることを特徴とする自転車用変速機構。