JP6756640B2 - 自転車用変速機およびこれを備える自転車用アシストシステム - Google Patents

自転車用変速機およびこれを備える自転車用アシストシステム Download PDF

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Description

本発明は、自転車用変速機およびこれを備える自転車用アシストシステムに関する。
特許文献１に開示される自転車用変速機は、自転車の変速比を段階的に変更する変速機構を含む。この変速機構は、８段階の変速比に対応する変速段を含み、各変速段について、各変速段の変速比に対する各変速段よりも１段階小さい変速段の変速比の比率が所定の範囲内に含まれるように構成されている。このため、変速段を変更すると、どの変速段においても所定の比率の範囲内で変速比が変化する。
特許第４５６４９７８号公報
自転車の車種またはユーザの要求等によって変速比の範囲ごとに変速段が変更される頻度が異なる場合がある。特許文献１では、この点について何ら検討されていない。このため、ユーザビリティにおいて改善の余地がある。
本発明の目的は、ユーザビリティに貢献できる自転車用変速機およびこれを備える自転車用アシストシステムを提供することである。
本発明の第１側面に従う自転車用変速機の一形態は、段階的に変速比が大きくなるように構成される５つ以上の変速段を含む変速機構を備え、前記５つ以上の変速段のうち連続する３つの変速段において、最小変速段の変速比に対する中間変速段の変速比の比率から、前記中間変速段の変速比に対する最大変速段の変速比の比率を減算すると、その差は、いずれの前記連続する３つの変速段においても正および負の一方である。
上記構成によれば、連続する３つの変速段において、最小変速段の変速比に対する中間変速段の変速比の比率から、中間変速段の変速比に対する最大変速段の変速比の比率を減算した場合の差が「０」ではないようになる。このため、ユーザの要求等に応じて連続する変速段における変速比の比率の差（変速ステップ）を所望の割合で変化させることによってユーザビリティに貢献できる。また、変速ステップは、いずれの連続する３つの変速段においても正および負の一方であるため、変速比の比率を変速段に応じて増加、または、減少する方向に方向付けできる。
前記第１側面に従う第２側面の自転車用変速機において、前記５つ以上の変速段は、前記変速機構において最小である変速段を含む。
上記構成によれば、最小である変速段からみて所望の変速ステップを実現でき、ユーザビリティに貢献できる。
前記第１または第２側面に従う第３側面の自転車用変速機において、前記差の絶対値は、０．０３以上０．１５以下である。
上記構成によれば、変速ステップの絶対値が０．０３以上０．１５以下であるため、すなわち、変速ステップが３％以上１５％以下であるため、変速段が変更される場合のペダリング操作感覚の過度な変化を抑制できる。
本発明の第４側面に従う自転車用変速機の一形態は、段階的に変速比が大きくなるように構成される４つ以上の変速段を含む変速機構を備え、前記４つ以上の変速段のうち連続する３つの変速段において、最小変速段の変速比に対する中間変速段の変速比の比率から、前記中間変速段の変速比に対する最大変速段の変速比の比率を減算すると、その差は、いずれの前記連続する３つの変速段においても正および負の一方であり、かつ、その差の絶対値は、いずれも０．０３以上０．１５以下である。
上記構成によれば、連続する３つの変速段において、最小変速段の変速比に対する中間変速段の変速比の比率から、中間変速段の変速比に対する最大変速段の変速比の比率を減算した場合の差が「０」ではないようになる。このため、ユーザの要求等に応じて連続する変速段における変速比の比率の差（変速ステップ）を所望の割合で変化させることによってユーザビリティに貢献できる。また、変速ステップは、いずれの連続する３つの変速段においても正および負の一方であるため、変速比の比率を変速段に応じて増加、または、減少する方向に方向付けできる。さらに、変速ステップの絶対値が０．０３以上０．１５以下であるため、すなわち、変速ステップが３％以上１５％以下で変化するため、変速段が変更される場合のペダリング操作感覚の過度な変化を抑制できる。
前記第４側面に従う第５側面の自転車用変速機において、前記４つ以上の変速段は、前記変速機構において最小である変速段を含む。
上記構成によれば、最小である変速段からみて所望の変速ステップを実現でき、ユーザビリティに貢献できる。
前記第４または第５側面に従う第６側面の自転車用変速機において、前記変速機構は、段階的に変速比が大きくなるように構成される５つ以上の変速段を含み、前記連続する３つの変速段は、前記５つ以上の変速段に含まれる。
上記構成によれば、５つ以上の変速段を含む変速機構においてもユーザビリティに貢献できる。
前記第３〜第６側面のいずれか一つに従う第７側面の自転車用変速機において、前記差の絶対値は、０．０４以上０．１以下である。
上記構成によれば、変速ステップの絶対値が０．０４以上０．１以下であるため、すなわち、変速ステップが４％以上１０％以下であるため、変速段が変更される場合のペダリング操作感覚の過度な変化をより一層抑制できる。
前記第１〜第７側面のいずれか一つに従う第８側面の自転車用変速機において、前記差は、いずれの前記連続する３つの変速段においても正である。
上記構成によれば、変速ステップが常に正であるため、変速段が小さいほどある変速段の変速比に対するこれよりも１段階大きい変速段の変速比の比率は大きい。このため、ケイデンスを一定の範囲内に保持する走行を行う場合において、自転車の車速が低い領域での変速段の変更頻度を少なくできる。
前記第１〜第８側面のいずれか一つに従う第９側面の自転車用変速機において、前記差のうちの１つから前記差のうちの他の１つを減算した値の絶対値は、０．００５以上０．０２以下である。
上記構成によれば、連続する３つの変速段における２つの変速ステップのうちの１つから他の１つを減算した値の絶対値は、０．００５以上０．０２以下である。このため、所定の変速段の変速比に対する所定の変速段よりも一段階大きい変速段の変速比の比率をグラフ上にプロットした場合、平坦な線によって近似することができる。このため、ケイデンスを一定の範囲内に保持する走行を行う場合において、自転車の車速の上昇に応じた変速段を切り替えるタイミングが一定になる。
前記第１〜第９側面のいずれか一つに従う第１０側面の自転車用変速機において、前記変速機構は、内装変速機構である。
上記構成によれば、内装変速機構においても、ユーザビリティに貢献できる。
前記第１０側面に従う第１１側面の自転車用変速機において、前記内装変速機構を収容するハブをさらに備える。
上記構成によれば、ハブに設けられる内装変速機構においても、すなわち内装変速ハブにおいても、ユーザビリティに貢献できる。
本発明の第１２側面に従う自転車用アシストシステムの一形態は、前記第１〜第１１側面のいずれか一つに記載の自転車用変速機と、人力駆動力をアシストするモータと、を備える。
上記構成によれば、モータによって人力駆動力がアシストされるため、車速に対して変速比が低い状態であっても運転者の負荷を低減できる。また、自転車用アシストシステムによれば、モータによって人力駆動力がアシストされるため、自転車の車速が低い領域での変速段の変更頻度が少なくなる。このため、前記第１〜第１１側面のいずれか一つに記載の自転車用変速機を用いることによって変速段の変更タイミングを最適化できる。
前記第１２側面に従う第１３側面の自転車用変速機において、前記自転車用変速機を操作するために人の手によって操作される操作部をさらに備え、前記自転車用変速機は、前記操作部への操作に応じて自転車の変速比を変更する。
上記構成によれば、変速段の変更タイミングを最適化できるため、運転者による操作部操作の負荷を低減できる。
本自転車用変速機およびこれを備える自転車用アシストシステムは、ユーザビリティに貢献できる。
実施形態の自転車用アシストシステムが搭載された自転車の側面図。 図１の自転車用アシストシステムの自転車用変速機の正面図。 図２の自転車用変速機の部分断面図。 図３の自転車用変速機のスリーブの斜視図。 図３のスリーブと第１設定部材との関係を示す模式図。 図３の自転車用変速機のスケルトン図。 図３の自転車用変速機の第１変速段における変速経路を示す模式図。 図３の自転車用変速機の第２変速段における変速経路を示す模式図。 図３の自転車用変速機の第３変速段における変速経路を示す模式図。 図３の自転車用変速機の第４変速段における変速経路を示す模式図。 図３の自転車用変速機の第５変速段における変速経路を示す模式図。 図３の自転車用変速機の変速段とケイデンスおよび車速との関係を示すグラフ。
図１〜図１２を参照して、実施形態の自転車用アシストシステム４０を搭載する自転車１０について説明する。
図１に示されるとおり、自転車１０は、車体１２、駆動機構１４、前輪１６、後輪１８、および、自転車用アシストシステム４０を備える。車体１２は、フレーム１２Ａおよびフレーム１２Ａに取り付けられるハンドルバー１２Ｂを備える。
駆動機構１４は、クランク２０、ペダル２２、フロント回転体２４、伝達部材２６、リア回転体２８を備える。クランク２０は、クランク軸２０Ａおよびクランクアーム２０Ｂを含む。駆動機構１４は、ペダル２２に加えられた人力駆動力を後輪１８に伝達する。フロント回転体２４は、スプロケット、プーリーまたはベベルギアを含む。リア回転体２８は、スプロケット、プーリーまたはベベルギアを含む。伝達部材２６は、例えば、チェーン、ベルト、またはシャフトを介して、クランク２０の回転を後輪１８に伝達するように構成される。フロント回転体２４は、クランク軸２０Ａにワンウェイクラッチ（図示略）を介して結合される。ワンウェイクラッチは、クランク２０が前転した場合に、フロント回転体２４を前転させ、クランク２０が後転した場合に、フロント回転体２４を後転させないように構成される。フロント回転体２４は、クランク軸２０Ａにワンウェイクラッチを介さずに結合してもよい。
自転車用アシストシステム４０は、自転車用変速機５０と、モータ４２と、を備える。自転車用アシストシステム４０は、操作部４４およびバッテリユニット４６をさらに備える。自転車用アシストシステム４０は、自転車１０に搭載される。
モータ４２は、人力駆動力をアシストする。モータ４２は、フレーム１２Ａに支持される。一例では、モータ４２は、クランク軸２０Ａまわりに設けられて、クランク軸２０Ａにモータ４２のトルクを伝達する。別の例では、モータ４２は、前輪１６の車軸１６Ａまたは後輪１８の車軸１８Ａのまわりに設けられて前輪１６または後輪１８にモータ４２のトルクを伝達する。
操作部４４は、自転車用変速機５０を操作するために人の手によって操作される。一例では、操作部４４は、ハンドルバー１２Ｂに設けられる。操作部４４は、ボーデンケーブル（図示略）の一端が取り付けられる。操作部４４をユーザが操作することによって、ボーデンケーブルのインナケーブルＣ１（図２参照）が移動する。ボーデンケーブルの他端は、自転車用変速機５０に取り付けられる。
バッテリユニット４６は、モータ４２に電力を供給する。バッテリユニット４６は、バッテリセル４６Ａおよびバッテリユニット４６をフレーム１２Ａに取り付けるためのホルダ４６Ｂを備える。
自転車用変速機５０は、操作部４４への操作に応じて自転車１０の変速比を変更する。自転車用変速機５０は、変速機構６２を備える。変速機構６２は、内装変速機構である。自転車用変速機５０は、ハブ１８Ｃを備える。ハブ１８Ｃは、内装変速機構を収容する。すなわち、図２に示されるとおり、自転車用変速機５０は、ハブ１８Ｃに一体的に設けられる内装ハブである。
図３に示されるとおり、内装変速ハブである自転車用変速機５０は、伝達機構５２および設定機構５４を備える。自転車用変速機５０は、支持部材５６、入力体５８、および、出力体６０をさらに備える。支持部材５６は、後輪１８の車軸１８Ａと一体化されている。入力体５８は、リア回転体２８と一体的に回転可能に支持部材５６まわりに設けられる。出力体６０は、ハブシェルである。出力体６０は、後輪１８のスポーク１８Ｂを取り付けるためのフランジ６０Ａを備える。自転車用変速機５０は、入力体５８の回転を変速して出力体６０に伝達する。
図３に示されるとおり、伝達機構５２は、複数の変速機構６２を含む。複数の変速機構６２は、少なくとも第１変速機構６２Ａを含む。複数の変速機構６２は、第２変速機構６２Ｂをさらに含む。伝達機構５２は、入力体５８からの回転を３段階以上の変速比で出力体６０に伝達する。変速機構６２は、入力体５８からの回転を変速して出力体６０に出力可能である。変速機構６２は、段階的に変速比が大きくなるように構成される４つ以上の変速段を含む。変速機構６２は、段階的に変速比が大きくなるように構成される５つ以上の変速段を含む。図３に示す変速機構６２は、５つの変速段を含む。
複数の変速機構６２は、それぞれ少なくとも１つの遊星機構６４，６６，６８，７０を含む。複数の変速機構６２は、第１遊星機構６４および第２遊星機構６６を含む。複数の変速機構６２は、第３遊星機構６８および第４遊星機構７０をさらに含む。具体的には、第１変速機構６２Ａは、第１遊星機構６４および第２遊星機構６６を含む。第２変速機構６２Ｂは、第３遊星機構６８および第４遊星機構７０を含む。第１遊星機構６４は、自転車用変速機５０の軸方向において入力体５８の隣に配置される。第２遊星機構６６は、自転車用変速機５０の軸方向において第１遊星機構６４の隣かつ、入力体５８とは反対側に配置される。第４遊星機構７０は、自転車用変速機５０の軸方向において第２遊星機構６６の隣かつ、第１遊星機構６４とは反対側に配置される。第３遊星機構６８は、自転車用変速機５０の軸方向において第４遊星機構７０の隣かつ、第２遊星機構６６とは反対側に配置される。
第１遊星機構６４は、第１太陽ギア７２、第１リングギア７４、第１遊星ギア７６、および、第１キャリア７８を含む。第１太陽ギア７２は、支持部材５６の軸まわりに支持部材５６に回転可能に支持される。第１リングギア７４は、第１太陽ギア７２まわりに配置される。第１遊星ギア７６は、第１太陽ギア７２と係合し第１太陽ギア７２および第１リングギア７４に対して公転可能である。第１遊星機構６４は、複数の第１遊星ギア７６を含む。第１キャリア７８は、複数の第１遊星ギア７６をそれぞれ回転可能に支持する。第１キャリア７８は、支持部材５６の軸まわりに回転可能に設けられる。複数の第１遊星ギア７６はそれぞれ、第１キャリア７８の回転に伴って第１太陽ギア７２まわりで公転する。第１キャリア７８は、入力体５８に接続されて、入力体５８からの回転が伝達される。第１遊星機構６４は、入力体５８からの回転を増速して出力するように構成される。
第２遊星機構６６は、第２太陽ギア８０、第２リングギア８２、第２遊星ギア８４、および、第２キャリア８６を含む。第２太陽ギア８０は、支持部材５６の軸まわりに支持部材５６に回転可能に支持される。第２リングギア８２は、第２太陽ギア８０まわりに配置される。第２遊星ギア８４は、第２太陽ギア８０と係合し第２太陽ギア８０および第２リングギア８２に対して公転可能である。第２遊星機構６６は、複数の第２遊星ギア８４を含む。第２キャリア８６は、複数の第２遊星ギア８４をそれぞれ回転可能に支持する。第２キャリア８６は、支持部材５６の軸まわりに回転可能に設けられる。複数の第２遊星ギア８４はそれぞれ、第２キャリア８６の回転に伴って第２太陽ギア８０まわりで公転する。第２遊星機構６６は、入力体５８からの回転を増速して出力するように構成される。第２キャリア８６は、入力体５８に接続されて、入力体５８からの回転が伝達される。
第１遊星機構６４および第２遊星機構６６は、いずれも入力体５８からの回転を増速して出力するように構成される。第１太陽ギア７２の歯数は、第２太陽ギア８０の歯数よりも少ない。第１遊星ギア７６の歯数は、第２遊星ギア８４の歯数よりも多い。第１リングギア７４の歯数および第２リングギア８２の歯数は等しい。第１リングギア７４および第２リングギア８２は、第１リングギア部材８８に形成される。第１リングギア部材８８は、第１ギア部８８Ａを含む。第１ギア部８８Ａは、第１リングギア７４および第２リングギア８２として共用される。第１遊星ギア７６および第２遊星ギア８４は、第１遊星ギア部材９０に形成される。第１遊星ギア部材９０は、いわゆる段付きの遊星ギアを構成する。第１キャリア７８および第２キャリア８６は、一体に形成される。
第３遊星機構６８は、第３太陽ギア９２、第３リングギア９４、第３遊星ギア９６、および、第３キャリア９８を含む。第３太陽ギア９２は、支持部材５６の軸まわりに支持部材５６に回転可能に支持される。第３リングギア９４は、第３太陽ギア９２まわりに配置される。第３遊星ギア９６は、第３太陽ギア９２と係合し第３太陽ギア９２および第３リングギア９４に対して公転可能である。第３遊星機構６８は、複数の第３遊星ギア９６を含む。第３キャリア９８は、複数の第３遊星ギア９６をそれぞれ回転可能に支持する。第３キャリア９８は、支持部材５６の軸まわりに回転可能に設けられる。複数の第３遊星ギア９６はそれぞれ、第３キャリア９８の回転に伴って第３太陽ギア９２まわりで公転する。第３キャリア９８は、第１リングギア部材８８に接続されて、第１リングギア部材８８からの回転が伝達される。
第４遊星機構７０は、第４太陽ギア１００、第４リングギア１０２、第４遊星ギア１０４、および、第４キャリア１０６を含む。第４太陽ギア１００は、支持部材５６の軸まわりに支持部材５６に回転可能に支持される。第４リングギア１０２は、第４太陽ギア１００まわりに配置される。第４遊星ギア１０４は、第４太陽ギア１００と係合し第４太陽ギア１００および第４リングギア１０２に対して公転可能である。第４遊星機構７０は、複数の第４遊星ギア１０４を含む。第４キャリア１０６は、複数の第４遊星ギア１０４をそれぞれ回転可能に支持する。第４キャリア１０６は、支持部材５６の軸まわりに回転可能に設けられる。複数の第４遊星ギア１０４はそれぞれ、第４キャリア１０６の回転に伴って第４太陽ギア１００まわりで公転する。第４キャリア１０６は、第１リングギア部材８８に接続されて、第１リングギア部材８８からの回転が伝達される。
第３遊星機構６８は、入力体５８からの回転を増速して出力するように構成される。第４遊星機構７０は、入力体５８からの回転を増速して出力するように構成される。第３太陽ギア９２の歯数は、第４太陽ギア１００の歯数よりも少ない。第３遊星ギア９６の歯数は、第４遊星ギア１０４の歯数よりも多い。第３リングギア９４の歯数および第４リングギア１０２の歯数は等しい。第３リングギア９４および第４リングギア１０２は、第２リングギア部材１０８に形成される。第２リングギア部材１０８は、第２ギア部１０８Ａを含む。第２ギア部１０８Ａは、第３リングギア９４および第４リングギア１０２として共用される。第３遊星ギア９６および第４遊星ギア１０４は、第２遊星ギア部材１１０に形成される。第２遊星ギア部材１１０は、いわゆる段付きの遊星ギアを構成する。第３キャリア９８および第４キャリア１０６は、一体に形成される。
設定機構５４は、入力体５８の回転の伝達機構５２における変速経路Ｓを設定する。設定機構５４は、複数の変速経路Ｓのうちの１つを設定する。複数の変速経路Ｓは、第１変速経路Ｓ１０（図８）を含む。複数の変速経路Ｓは、第２変速経路Ｓ２０（図９）をさらに含む。伝達機構５２は、入力体５８の回転を変速せずに出力体６０に出力する無変速経路Ｓ０（図７）をさらに形成する。
図３に示されるとおり、設定機構５４は、第１設定部材１１２、第２設定部材１１４、第３設定部材１１６、第４設定部材１１８、制御部材１２０、スリーブ１２２、第１切替部１２４、および、第２切替部１２６を含む。
第１設定部材１１２は、支持部材５６に対して回転可能な回転状態と回転不能な規制状態とのいずれか一方に第１太陽ギア７２を設定する。第２設定部材１１４は、支持部材５６に対して回転可能な回転状態と回転不能な規制状態とのいずれか一方に第２太陽ギア８０を設定する。第３設定部材１１６は、支持部材５６に対して回転可能な回転状態と回転不能な規制状態とのいずれか一方に第３太陽ギア９２を設定する。第４設定部材１１８は、支持部材５６に対して回転可能な回転状態と回転不能な規制状態とのいずれか一方に第４太陽ギア１００を設定する。
制御部材１２０は、支持部材５６まわりに支持部材５６に対して回転可能に設けられる。制御部材１２０は、インナケーブルＣ１の端部が接続される回転体Ｃ２（図２参照）に接続されて、回転体Ｃ２と一体に回転する。回転体Ｃ２は、操作部４４（図１参照）の操作によってインナケーブルＣ１が移動すると回転する。このため、制御部材１２０も回転体Ｃ２の回転に伴って支持部材５６まわりで回転する。
図４に示されるとおり、スリーブ１２２は、第１アーム部１２２Ａ、第２アーム部１２２Ｂ、第３アーム部１２２Ｃ、第４アーム部１２２Ｄ、および、ベース部１２２Ｅを備える。各アーム部１２２Ａ〜１２２Ｄは、支持部材５６の周方向に沿うように湾曲する。ベース部１２２Ｅは、支持部材５６の軸方向に延びて各アーム部１２２Ａ〜１２２Ｄを接続する。アーム部１２２Ａ〜１２２Ｄの数は、設定部材１１２，１１４，１１６，１１８の数と等しい。各アーム部１２２Ａ〜１２２Ｄには、各アーム部１２２Ａ〜１２２Ｄの延びる方向における端部または中間部に傾斜面が形成される。スリーブ１２２は、制御部材１２０に嵌め込まれ、支持部材５６まわりで制御部材１２０と一体に回転する。
図５に示されるとおり、第１設定部材１１２は、第１太陽ギア７２と支持部材５６との間に配置される。第１設定部材１１２は、爪部１１２Ａおよび第１アーム部１２２Ａの内周面に係合する係合部１１２Ｂを備える。第１アーム部１２２Ａが支持部材５６まわりで回転すると、係合部１１２Ｂが第１アーム部１２２Ａの傾斜面に沿って移動して、第１設定部材１１２が回転する。爪部１１２Ａが第１太陽ギア７２の内周部の凹部に向かって突出した状態（図５の実線）は、第１太陽ギア７２の支持部材５６に対して回転不能な規制状態を形成する。爪部１１２Ａが第１太陽ギア７２の内周部の凹部から抜け出した状態（図５の二点鎖線）は、第１太陽ギア７２の支持部材５６に対して回転可能な回転状態を形成する。図５では、第１設定部材１１２と第１太陽ギア７２と第１アーム部１２２Ａとの関係について説明したが、他の部材についても同様の構成によって太陽ギア８０，９２，１００の回転状態と規制状態とを形成する。第２太陽ギア８０は、第２設定部材１１４および第２アーム部１２２Ｂによって回転状態と規制状態とが形成される。第３太陽ギア９２は、第３設定部材１１６および第３アーム部１２２Ｃによって回転状態と規制状態とが形成される。第４太陽ギア１００は、第４設定部材１１８および第４アーム部１２２Ｄによって回転状態と規制状態とが形成される。
図４に示す設定機構５４は、第１太陽ギア７２および第２太陽ギア８０の一方が規制状態であれば、第１太陽ギア７２および第２太陽ギア８０の他方が回転状態であるように第１設定部材１１２と第２設定部材１１４とを制御する。設定機構５４は、第３太陽ギア９２および第４太陽ギア１００の一方が規制状態であれば、第３太陽ギア９２および第４太陽ギア１００の他方が回転状態であるように第３設定部材１１６と第４設定部材１１８とを制御する。設定機構５４は、スリーブ１２２の各アーム部１２２Ａ〜１２２Ｄの傾斜面を周方向において異なる位置に設けることによって、各太陽ギア７２，８０，９２，１００の回転状態と規制状態とが切り替えられる制御部材１２０の回転位相を異ならせる。
第１切替部１２４および第２切替部１２６は、入力体５８の回転が第２変速機構６２Ｂによる変速を経由して出力体６０に出力される第１状態と、入力体５８の回転が第２変速機構６２Ｂによる変速を経由せずに出力体６０に出力される第２状態とを形成する。
第１切替部１２４は、第１ワンウェイクラッチ１２４Ａを含む。第１ワンウェイクラッチ１２４Ａは、例えばローラクラッチである。第１ワンウェイクラッチ１２４Ａは、第２リングギア部材１０８と出力体６０との間に配置される。具体的には、第２リングギア部材１０８が第１ワンウェイクラッチ１２４Ａのインナレースと一体化され、出力体６０の内周部が第１ワンウェイクラッチ１２４Ａのアウタレースと一体化される。第１ワンウェイクラッチ１２４Ａは、第２リングギア部材１０８の回転速度が出力体６０の回転速度よりも遅い場合、第２リングギア部材１０８と出力体６０との相対回転を許容する。第１ワンウェイクラッチ１２４Ａは、第２リングギア部材１０８の回転速度が出力体６０の回転速度以上の場合、第１リングギア部材８８と出力体６０とを一体に回転させる。
第２切替部１２６は、第２ワンウェイクラッチ１２６Ａを含む。第２ワンウェイクラッチ１２６Ａは、例えば爪を有するワンウェイクラッチである。第２ワンウェイクラッチ１２６Ａは、第３キャリア９８および第４キャリア１０６と、出力体６０との間に配置される。第２ワンウェイクラッチ１２６Ａは、第３キャリア９８および第４キャリア１０６の回転を出力体６０に伝達し、出力体６０の回転を第３キャリア９８および第４キャリア１０６に伝達しない。
第１太陽ギア７２および第２太陽ギア８０の両方が回転状態にあり、第３太陽ギア９２および第４太陽ギア１００の両方が回転状態にある場合、第１遊星機構６４、第２遊星機構６６、第３遊星機構６８、および、第４遊星機構７０に入力された回転は増速されない。このため、入力体５８の回転は、第１遊星機構６４、第２遊星機構６６、第３遊星機構６８、および、第４遊星機構７０による変速を経由せずに第１切替部１２４を介して出力体６０に出力される。第３キャリア９８および第４キャリア１０６と出力体６０との相対回転は、第２切替部１２６によって許容される。
第１太陽ギア７２および第２太陽ギア８０の一方が規制状態にあり、第３太陽ギア９２および第４太陽ギア１００の両方が回転状態にある場合、第３遊星機構６８および第４遊星機構７０に入力された回転は増速されない。このため、入力体５８の回転は、第３遊星機構６８および第４遊星機構７０による変速を経由せずに第１切替部１２４を介して出力体６０に出力される。第３キャリア９８および第４キャリア１０６と出力体６０との相対回転は、第２切替部１２６によって許容される。
第１太陽ギア７２および第２太陽ギア８０の一方が規制状態にあり、第３太陽ギア９２および第４太陽ギア１００の一方が規制状態にある場合、第３遊星機構６８または第４遊星機構７０に入力された回転は増速される。このため、入力体５８の回転は、第３遊星機構６８または第４遊星機構７０による変速を経由して第２切替部１２６を介して出力体６０に出力される。
伝達機構５２は、第１変速経路Ｓ１０および第２変速経路Ｓ２０を少なくとも形成する。第１変速経路Ｓ１０は、少なくとも第１変速機構６２Ａでの変速を経由して、入力体５８からの回転を３段階以上の変速比のうちの第１変速比および第２変速比の一方で出力体６０に伝達する。第２変速経路Ｓ２０は、第１変速経路Ｓ１０において経由される変速機構６２とは異なる第２変速機構６２Ｂでの変速を経由して、入力体５８からの回転を第１変速比および第２変速比よりも大きい変速比で出力体６０に伝達する。
第１変速経路Ｓ１０は、第１遊星変速経路Ｓ１１および第２遊星変速経路Ｓ１２を含む。第１遊星変速経路Ｓ１１は、第１遊星機構６４での変速を経由し第２遊星機構６６での変速を経由せず入力体５８からの回転を第１変速比で出力体６０に伝達する。第２遊星変速経路Ｓ１２は、第１遊星機構６４での変速を経由せず第２遊星機構６６での変速を経由して入力体５８からの回転を第２変速比で出力体６０に伝達する。
設定機構５４は、第２変速経路Ｓ２０において第１遊星機構６４での変速を経由しないように伝達機構５２を設定する。第２変速経路Ｓ２０は、第３遊星変速経路Ｓ２１および第４遊星変速経路Ｓ２２を含む。第３遊星変速経路Ｓ２１は、第３遊星機構６８での変速を経由し第４遊星機構７０での変速を経由せず入力体５８からの回転を第２変速比よりも大きい第３変速比で出力体６０に伝達する。第４遊星変速経路Ｓ２２は、第３遊星機構６８での変速を経由せず第４遊星機構７０での変速を経由して入力体５８からの回転を第３変速比よりも大きい第４変速比で出力体６０に伝達する。
図６〜図１１および表１を参照して、各変速段と伝達機構５２の構成要素との関係を説明する。
図６および表１に示されるとおり、第１変速段では、第１太陽ギア７２が回転状態にあり、第２太陽ギア８０が回転状態にあり、第３太陽ギア９２が回転状態にあり、かつ、第４太陽ギア１００が回転状態にある。図７に示されるとおり、第１変速段では、変速経路Ｓは無変速経路Ｓ０を形成する。この場合、変速比は、最小変速比Ｒ０である。最小変速比Ｒ０は、「１」である。
図６および表１に示されるとおり、第２変速段では、第１太陽ギア７２が規制状態にあり、第２太陽ギア８０が回転状態にあり、第３太陽ギア９２が回転状態にあり、かつ、第４太陽ギア１００が回転状態にある。図８に示されるとおり、第２変速段では、変速経路Ｓは、第１増速経路Ｓ１を形成する。第１増速経路Ｓ１は、第１変速経路Ｓ１０を経由し、第２変速経路Ｓ２０を経由しない。変速経路Ｓは、第１変速経路Ｓ１０のうちの第１遊星変速経路Ｓ１１のみを経由する第１増速経路Ｓ１を形成する。この場合、変速比は最小変速比Ｒ０よりも大きい第１増速比Ｒ１になる。
図６および表１に示されるとおり、第３変速段では、第１太陽ギア７２が規制状態にあり、第２太陽ギア８０が回転状態にあり、第３太陽ギア９２が規制状態にあり、かつ、第４太陽ギア１００が回転状態にある。図９に示されるとおり、第３変速段では、変速経路Ｓは、第２増速経路Ｓ２を形成する。第２増速経路Ｓ２は、第１変速経路Ｓ１０および第２変速経路Ｓ２０を経由する。変速経路Ｓは、第１変速経路Ｓ１０のうちの第１遊星変速経路Ｓ１１、および、第２変速経路Ｓ２０のうちの第３遊星変速経路Ｓ２１を経由する第２増速経路Ｓ２を形成する。この場合、変速比は第１増速比Ｒ１よりも大きい第２増速比Ｒ２になる。
図６および表１に示されるとおり、第４変速段では、第１太陽ギア７２が規制状態にあり、第２太陽ギア８０が回転状態にあり、第３太陽ギア９２が回転状態にあり、かつ、第４太陽ギア１００が規制状態にある。図１０に示されるとおり、第４変速段では、変速経路Ｓは、第３増速経路Ｓ３を形成する。第３増速経路Ｓ３は、第１変速経路Ｓ１０および第２変速経路Ｓ２０を経由する。変速経路Ｓは、第１変速経路Ｓ１０のうちの第１遊星変速経路Ｓ１１、および、第２変速経路Ｓ２０のうちの第４遊星変速経路Ｓ２２を経由する第３増速経路Ｓ３を形成する。この場合、変速比は第２増速比Ｒ２よりも大きい第３増速比Ｒ３になる。
図６および表１に示されるとおり、第５変速段では、第１太陽ギア７２が回転状態にあり、第２太陽ギア８０が規制状態にあり、第３太陽ギア９２が回転状態にあり、かつ、第４太陽ギア１００が規制状態にある。図１１に示されるとおり、第５変速段では、変速経路Ｓは、第４増速経路Ｓ４を形成する。第４増速経路Ｓ４は、第１変速経路Ｓ１０および第２変速経路Ｓ２０を経由する。変速経路Ｓは、第１変速経路Ｓ１０のうちの第２遊星変速経路Ｓ１２、および、第２変速経路Ｓ２０のうちの第４遊星変速経路Ｓ２２を経由する第４増速経路Ｓ４を形成する。この場合、変速比は第３増速比Ｒ３よりも大きい第４増速比Ｒ４になる。
表２は、本実施形態の各遊星機構６４，６６，６８，７０のギアの歯数の一例を示す。
表３を参照して、各変速段における変速比について説明する。「差ｄＡ」は、５つ以上の変速段のうち連続する３つの変速段において、最小変速段の変速比に対する中間変速段の変速比の比率Ｐから、中間変速段の変速比に対する最大変速段の変速比の比率Ｐを減算した差（変速ステップ）を示す。表３に示す自転車用変速機５０の変速段は５つである。
変速機構６２では、差（変速ステップ）ｄＡは、いずれの連続する３つの変速段においても正である。５つの変速段は、変速機構６２において最小である変速段を含む。差ｄＡの絶対値は、０．０３以上０．１５以下である。好ましくは、差ｄＡの絶対値は、０．０４以上０．１以下である。
差ｄＡは、いずれの連続する３つの変速段においても正である。具体的には、差ｄＡは、第１〜３変速段、第２〜４変速段、および、第３〜５変速段のいずれにおいても正である。差ｄＡのうちの１つから差ｄＡのうちの他の１つを減算した値ｄＸの絶対値は、０．００５以上０．０２以下である。
図１２を参照して、自転車用変速機５０の作用について説明する。
図１２の実線Ｌ１１は、自転車用変速機５０の第１変速段を用いた場合のケイデンスと車速との関係を示す。実線Ｌ１２は、自転車用変速機５０の第２変速段を用いた場合のケイデンスと車速との関係を示す。実線Ｌ１３は、自転車用変速機５０の第３変速段を用いた場合のケイデンスと車速との関係を示す。実線Ｌ１４は、自転車用変速機５０の第４変速段を用いた場合のケイデンスと車速との関係を示す。実線Ｌ１５は、自転車用変速機５０の第５変速段を用いた場合のケイデンスと車速との関係を示す。
図１２の二点鎖線Ｌ２１は、差ｄＡが常に「０」である仮想の自転車用変速機の第１変速段を用いた場合のケイデンスと車速との関係を示す。二点鎖線Ｌ２２は、仮想の自転車用変速機の第２変速段を用いた場合のケイデンスと車速との関係を示す。二点鎖線Ｌ２３は、仮想の自転車用変速機の第３変速段を用いた場合のケイデンスと車速との関係を示す。二点鎖線Ｌ２４は、仮想の自転車用変速機の第４変速段を用いた場合のケイデンスと車速との関係を示す。二点鎖線Ｌ２５は、仮想の自転車用変速機の第５変速段を用いた場合のケイデンスと車速との関係を示す。
例えばケイデンスが７０ｒｐｍまで上昇したときに変速段を１段階上昇させて自転車１０の車速を上昇させるような走行を行う場合、仮想の自転車用変速機では、変速段が小さいほど変速段を上昇させる操作を操作部４４に行うまでの期間が短い。具体的には、第１変速段でケイデンスが７０ｒｐｍまで上昇して第２変速段に変更するまでの車速の変化量が、第２変速段でケイデンスが７０ｒｐｍまで上昇して第３変速段に変更するまでの車速の変化量よりも小さい。このため、変速段が小さいほど変速段を上昇させる操作が頻繁に行われる。
他方、自転車用変速機５０では、変速段の大きさに関わらず、変速段を上昇させる操作を操作部４４に行うまでの期間が所定の範囲内に維持される。このため、運転者は変速段の変更のための操作を車速の変化に対して安定したタイミングで行うことができる。
（変形例）
上記実施形態に関する説明は、本発明に従う自転車用変速機およびこれを備える自転車用アシストシステムが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う自転車用変速機およびこれを備える自転車用アシストシステムは、例えば以下に示される上記実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。以下の変形例において、実施形態の形態と共通する部分については、実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
・変速機構６２の段階的に変速比が大きくなるように構成される５つの変速段において、差ｄＡの絶対値を０．０３未満、または、０．１５よりも大きく設定することもできる。
・５つ以上の変速段のうちの４つの変速段の連続する３つの変速段において、差ｄＡをいずれの連続する３つの変速段においても正および負の一方とし、かつ、その差ｄＡの絶対値は、いずれも０．０３以上０．１５以下とすることもできる。この場合、４つの変速段に含まれない変速段を含む連続する３つの変速段における差ｄＡを「０」に設定することもできる。４つの変速段に含まれない変速段は、上記実施形態では第１変速段または第５変速段である。
・５つ以上の変速段のうち連続する３つの変速段において差ｄＡを負に設定することもできる。
・自転車用変速機５０が６つ以上の変速段を含むようにすることもできる。この場合も、６つの変速段のうち連続する３つの変速段においても、差ｄＡは、いずれの連続する３つの変速段においても正および負の一方である。自転車用変速機５０が６段階以上の変速段を含む場合、連続する５つの変速段のうちの連続する３つの変速段における差ｄＡを正および負の一方とし、この連続する５つの変速段以外の変速段を含む３つの変速段における差ｄＡを正および負の他方にしてもよい。また、この連続する５つの変速段以外の変速段を含む３つの変速段における差ｄＡを正および負の他方ではなく、「０」にしてもよい。
・差ｄＡのうちの１つから差ｄＡのうちの他の１つを減算した値ｄＸの絶対値が、０．００５未満、または、０．０２より大きくなるように設定することもできる。
・モータ４２を含まない自転車１０に自転車用変速機５０を搭載することもできる。この場合も、自転車の車速に対する変速段の変更を一定に行うという要求を実現できるため、ユーザビリティに貢献できる。
・自転車用変速機５０をクランク軸２０Ａまわりに設けることもできる。この場合、自転車用変速機５０は、クランク軸２０Ａに入力された回転を変速してフロント回転体２４に出力する。
・第１〜４遊星機構６４，６６，６８，７０の少なくとも１つを遊星ローラ機構にすることもできる。
・第１〜４遊星機構６４，６６，６８，７０の第１遊星ギア７６、第２遊星ギア８４、第３遊星ギア９６、および、第４遊星ギア１０４を１つの部材に設け、４段階の段付き遊星ギアとすることもできる。
・第１〜４遊星機構６４，６６，６８，７０の少なくとも１つを入力された回転を減速して出力する機構にすることもできる。
・自転車１０に、自転車用変速機５０を制御する制御部を設けることもできる。例えば、制御部はケイデンスが所定の範囲になるように自転車用変速機５０を制御して変速段を変更する。この場合も、制御部が自転車用変速機５０を制御するタイミングが車速に対して一定になるため、運転者が違和感を覚えにくい。
１０…自転車、１８Ｃ…ハブ、４０…自転車用アシストシステム、４２…モータ、４４…操作部、５０…自転車用変速機、６２…変速機構。

Claims (16)

  1. 段階的に変速比が大きくなるように構成される５つ以上の変速段を含む変速機構を備え、
    前記５つ以上の変速段のうち連続する３つの変速段において、最小変速段の変速比に対する中間変速段の変速比の比率から、前記中間変速段の変速比に対する最大変速段の変速比の比率を減算すると、その差は、前記５つ以上の変速段のうち、いずれの前記連続する３つの変速段においても正および負の一方であり、前記差のうちの１つから前記差のうちの他の１つを減算した値の絶対値は、前記５つ以上の変速段のうち、いずれの前記連続する３つの変速段においても０．００５以上０．０２以下である、自転車用変速機。
  2. 段階的に変速比が大きくなるように構成される４つ以上の変速段を含む変速機構を備え、
    前記４つ以上の変速段のうち連続する３つの変速段において、最小変速段の変速比に対する中間変速段の変速比の比率から、前記中間変速段の変速比に対する最大変速段の変速比の比率を減算すると、その差は、前記４つ以上の変速段のうち、いずれの前記連続する３つの変速段においても正および負の一方であり、かつ、その差の絶対値は、前記４つ以上の変速段のうち、いずれも０．０３以上０．１５以下であり、前記差のうちの１つから前記差のうちの他の１つを減算した値の絶対値は、前記４つ以上の変速段のうち、いずれの前記連続する３つの変速段においても０．００５以上０．０２以下である、自転車用変速機。
  3. 段階的に変速比が大きくなるように構成される５つ以上の変速段を含む変速機構を備え、
    前記５つ以上の変速段のうち連続する３つの変速段において、最小変速段の変速比に対する中間変速段の変速比の比率から、前記中間変速段の変速比に対する最大変速段の変速比の比率を減算すると、その差は、前記５つ以上の変速段のうち、いずれの前記連続する３つの変速段においても正および負の一方であり、かつその差の絶対値は、前記５つ以上の変速段のうち、いずれの前記連続する３つの変速段においても、０．０４以上０．１以下である、自転車用変速機。
  4. 段階的に変速比が大きくなるように構成される４つ以上の変速段を含む変速機構を備え、
    前記４つ以上の変速段のうち連続する３つの変速段において、最小変速段の変速比に対する中間変速段の変速比の比率から、前記中間変速段の変速比に対する最大変速段の変速比の比率を減算すると、その差は、前記４つ以上の変速段のうち、いずれの前記連続する３つの変速段においても正および負の一方であり、かつその差の絶対値は、前記４つ以上の変速段のうち、いずれの前記連続する３つの変速段においても、０．０４以上０．１以下である、自転車用変速機。
  5. 段階的に変速比が大きくなるように構成される４つ以上の変速段を含む変速機構を備え、
    前記４つ以上の変速段のうち連続する３つの変速段において、最小変速段の変速比に対する中間変速段の変速比の比率から、前記中間変速段の変速比に対する最大変速段の変速比の比率を減算すると、その差は、前記４つ以上の変速段のうち、いずれの前記連続する３つの変速段においても負であり、かつ、その差の絶対値は、前記４つ以上の変速段のうち、いずれも０．０３以上０．１５以下である、自転車用変速機。
  6. 段階的に変速比が大きくなるように構成される４つ以上の変速段を含む変速機構を備え、
    前記変速機構は複数の前記変速機構から構成され、その複数の前記変速機構がいずれも入力された回転を増速して出力する機構であり、
    前記４つ以上の変速段のうち連続する３つの変速段において、最小変速段の変速比に対する中間変速段の変速比の比率から、前記中間変速段の変速比に対する最大変速段の変速比の比率を減算すると、その差は、前記４つ以上の変速段のうち、いずれの前記連続する３つの変速段においても正および負の一方であり、かつ、その差の絶対値は、前記４つ以上の変速段のうち、いずれも０．０４以上０．１以下である、自転車用変速機。
  7. 段階的に変速比が大きくなるように構成される４つ以上の変速段を含む変速機構を備え、
    前記変速機構は、それぞれ太陽ギアを含む遊星機構を備え、
    前記変速段を切り替える場合は、太陽ギアの少なくとも１つが、回転可能な回転状態と回転不能な規制状態とのいずれか一方に切り替えられており、
    前記４つ以上の変速段のうち連続する３つの変速段において、最小変速段の変速比に対する中間変速段の変速比の比率から、前記中間変速段の変速比に対する最大変速段の変速比の比率を減算すると、その差は、前記４つ以上の変速段のうち、いずれの前記連続する３つの変速段においても正および負の一方であり、かつ、その差の絶対値は、前記４つ以上の変速段のうち、いずれも０．０４以上０．１以下である、自転車用変速機。
  8. 前記変速機構は、段階的に変速比が大きくなるように構成される５つ以上の変速段を含み、
    前記連続する３つの変速段は、前記５つ以上の変速段に含まれる、請求項２、４、５、６、７のいずれか一項に記載の自転車用変速機。
  9. 前記差の絶対値は、０．０４以上０．１以下である、請求項２または５に記載の自転車用変速機。
  10. 前記差は、いずれの前記連続する３つの変速段においても正である、請求項１から４、６、および、７のいずれか一項に記載の自転車用変速機。
  11. 前記差のうちの１つから前記差のうちの他の１つを減算した値の絶対値は、０．００５以上０．０２以下である、請求項３から７のいずれか一項に記載の自転車用変速機。
  12. 前記変速機構の前記変速比は、いずれの前記変速段においても１以上である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の自転車用変速機。
  13. 前記変速機構は、内装変速機構である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の自転車用変速機。
  14. 前記内装変速機構を収容するハブをさらに備える、請求項１３に記載の自転車用変速機。
  15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載の自転車用変速機と、
    人力駆動力をアシストするモータと、を備える、自転車用アシストシステム。
  16. 前記自転車用変速機を操作するために人の手によって操作される操作部をさらに備え、
    前記自転車用変速機は、前記操作部への操作に応じて自転車の変速比を変更する、請求項１５に記載の自転車用アシストシステム。
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