JPH0156028B2

JPH0156028B2 -

Info

Publication number: JPH0156028B2
Application number: JP59102404A
Authority: JP
Inventors: Kunitoshi Kosaka
Original assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Priority date: 1984-05-21
Filing date: 1984-05-21
Publication date: 1989-11-28
Also published as: JPS60248487A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、自転車のクランク軸に装備する変速
機として適している自転車用無段変速装置に関す
るものである。

（従来技術）この種の無段変速装置としては、例えば特開昭
54―93754号公報に開示されたものがあるが、こ
れは二輪車の後輪用ハブ軸に装備するようにした
ものである。

しかしながら自転車は一般に、クランク軸の回
転を増速して後輪に伝えるものであるから、クラ
ンクギヤが大径で後輪スプロケツトが小径であ
る。しかして後輪用ハブ軸に前記の変速機を装備
すると、後輪スプロケツトの径がある程度大きく
なり、それに応じてクランクギヤの径も大きくし
なければならないため、伝動装置が大型化すると
いう問題がある。

本発明は上述の問題点を解決するためになされ
たもので、無段変速装置を自転車のクランク軸に
装備できるようにして伝動装置を全体として小形
化すると共に、構造が全体的に簡単で、各部の強
度が大で耐久性にすぐれている自転車用無段変速
装置を提供することを目的とするものである。

上述の目的を達成するために本発明において
は、自転車のクランク軸にチエンギヤと一体の太
陽歯車を回転自在に嵌合し、クランク軸にクラン
クアームを固定すると共に駆動歯車を固定し、こ
の駆動歯車を外包するケースを自転車フレームに
固定して設け、前記駆動歯車と噛合する中間歯車
を前記ケースに回転自在に枢支し、この枢支軸に
よつて揺動自在に枢支した板状のシフターに円形
穴を設け、この円形穴に嵌合する段部を有すると
共に、外周に前記中間歯車と噛合する歯車を形成
した円環のキヤリヤギヤを前記シフターに回転自
在に設け、このキヤリヤギヤの側面に複数個のキ
ヤリヤピンを突設し、この各キヤリヤピンにそれ
ぞれ偏心孔を有する円盤状の偏心核を回転自在に
嵌合し、この各偏心核の外周部にそれぞれ一方向
クラツチを介して遊星歯車を嵌合し、この各遊星
歯車が常に前記太陽歯車と噛合するようにばねに
より付勢し、前記シフターをその枢支軸を支点と
して揺動させることにより、前記チエンギヤより
無段変速の出力を取り出すようにして自転車用無
段変速装置を構成する。

以下図面について本発明の一実施例を説明す
る。図中１は自転車フレームのメインパイプ、２
は立パイプ、３はチエンステー、４はハンガラツ
グ、５はクランク軸、６はクランク軸５に嵌着す
るクランクアーム、７はそのロツクナツトであ
る。

本実施例においては、クランク軸５にニードル
ローラベアリング８を介して回転自在に嵌合する
太陽歯車９をチエンギヤ１０と一体に形成すると
共に、この太陽歯車９とチエンギヤ１０との間に
太陽歯車９より大径の段部１１を形成し、さらに
その外周部にリング状の軸受嵌着部１２をチエン
ギヤ１０の側面に突設して一体に形成し、これを
前記ニードルローラベアリング８を介してクラン
ク軸５に回転自在に嵌合する。

そして軸受嵌着部１２の外周にボールベアリン
グ１３を介して板状のケース蓋１４を嵌合し、段
部１１には一方向クラツチ１５を介して板状の大
歯車１６のボス部１６ａを嵌合する。

この一方向クラツチ１５はどのような形式のも
のでもよいが、例えば第３，５図に示すように、
爪１５ａを有するリング１５ｂを段部１１に嵌着
すると共に大歯車１６のボス部１６ａの内周に爪
１５ａと噛合するラチエツト１５ｃを形成して一
方向クラツチ１５を構成する。

また前記ケース蓋１４とビス１７（第１図参
照）により結合してケースを形成するケース本体
１８の軸孔１８ａ内にボールベアリング１９（第
５図参照）を介して駆動歯車２０のボス部２０ａ
を回転自在に嵌入し、このボス部２０ａの内周部
にクランクアーム６のボス部６ａをセレーシヨン
６ｂ，２０ｂ（第１図参照）を介して嵌着する。

また前記駆動歯車２０と噛合する中間歯車２１
を前記ケース１８，１４内に枢支軸２２によりベ
アリング２３を介して回転自在に設け、この中間
歯車２１と一体の胴部２１ａにベアリング２４を
介して板状のシフター２５のボス部２５ａを嵌合
する。このシフター２５には第２図に示すように
円形穴２５ｂを設けると共に前記ボス部２５ａの
上方にカム孔２５ｃを設ける。また前記中間歯車
２１の胴部２１ａの端部には、胴部２１ａより小
径のセレーシヨン２１ｂを形成し、組み立て時前
記大歯車１６と噛合する小歯車２６をその内周に
形成したセレーシヨン２６ａをセレーシヨン２１
ｂに嵌合して中間歯車２１と小歯車２６を一体的
に結合する。

また前記シフター２５の円形穴２５ｂに多数の
鋼球２７を介して嵌合する段部２８ａを有すると
共に、外周に前記中間歯車２１と噛合する歯車２
８ｂを形成し、さらに中心孔２８ｃを設けた円環
状のキヤリヤギヤ２８を前記シフター２５に鋼球
２７を介して嵌合し、段部２８ａの端面に中空円
板状のキヤリヤプレート２９を当てがうと共に、
ビス３０（第２図参照）をキヤリヤプレート２９
を貫通してキヤリヤギヤ２８にねじ込むことによ
りキヤリヤギヤ２８をシフター２５に回転自在に
取り付ける。

またキヤリヤギヤ２８の両側面にそれぞれ複数
個（本実施例では片側３個、両側で計６個）のキ
ヤリヤピン３１を突設すると共に、各キヤリヤピ
ン３１の周囲にコイルスプリング（ばね）嵌合係
止用の環状溝３２を設ける。なおキヤリヤプレー
ト２９側のキヤリヤピン３１はプレート２９を貫
通して突設する。２９ａ（第２図参照）はその貫
通孔である。

また環状溝３２内に第２図に示すようなコイル
スプリング３３を挿入すると共に、スプリング３
３の一端部３３ａをキヤリヤギヤ２８に係止す
る。そして偏心孔３４ａを有する円盤状の偏心核
３４を各キヤリヤピン３１に嵌合すると共に、ス
プリング３３の他端部３３ｂを偏心核３４に係止
する。そしてこの各偏心核３４の外周部にそれぞ
れ一方向クラツチ３５を介してリング状の遊星歯
車３６を嵌合し、組み立て時に各遊星歯車３６が
前記コイルスプリング３３の作用によつて常に前
記太陽歯車９と噛合するように付勢する。

一方向クラツチ３５の形式はどのようなもので
もよいが、例えば第２図に示すように、偏心核３
４の外周部に爪３５ａをリング状のばね３５ｂを
介して取り付けると共に、遊星歯車３６の内周面
に爪３５ａと噛合するラチエツト３５ｃを形成し
て一方向クラツチ３５を構成する。

また前記ケース１８，１４に設けた枢支軸２２
の上方において、カム軸３７（第１図参照）を前
記シフター２５のカム孔２５ｃを貫通すると共に
軸の両端部をケース１８，１４に支持させて設
け、ワイヤーリール３８と一体に形成した偏心カ
ム３９をカム孔２５ｃに嵌入させると共に、その
軸孔３９ａを介してカム軸３７に回転自在に嵌合
する。なお４０はカム軸３７に嵌合するスペーサ
ー、４１はワイヤーリール３８に巻き掛けした変
速機作用のインナーワイヤー、４２はそのアウタ
ーワイヤー、４３はアウターワイヤー４２の端部
に固着した調節ねじで、このねじ４３はケース本
体１８の上縁部に設けたねじ孔１８ｂに螺合す
る。４４はそのロツクナツトである。

そして上述した各構成部材は第５図に示すよう
に組み立てる。すなわち前述したようにケース本
体１８と結合したクランクアーム６をクランク軸
５の角筒部に嵌合してロツクナツト７により固定
すると共にケース本体１８とケース蓋１４との接
合部をビス１７（第１図参照）により結合してケ
ース１８，１４を一体化し、このケース１８，１
４の後部のケース蓋１４を自転車フレームのチエ
ンステー３に接合すると共に、第１図に示すよう
にチエンステー３に固定金具４５をかぶせて、そ
の両側フランジ部とケース蓋１４とをねじ（図示
せず）により締結する。４５ａはその固定金具４
５に設けたねじ挿通孔、１４ａはケース蓋１４に
設けたねじ孔である。また４６は前記チエンギヤ
１０にかけたチエンである。

（作用）つぎに上述のように構成した本発明装置の作用
を説明する。第６図はシフター２５のカム孔２５
ｃに嵌合している偏心カム３９の作用によつてク
ランク軸５とクランクギヤ２８の中心が完全に一
致している同心状態を示すものである。この状態
から操作ワイヤー４１を矢印Ａの方向に操作して
偏心カム３９を矢印Ｂのように回転すると、シフ
ター２５が枢支軸２２を支点として第７図に矢印
Ｃで示すようにケース１８，１４に対して回動す
る。その結果キヤリヤギヤ２８の中心O′がクラ
ンク軸５の中心Ｏよりｌだけ偏心する。

また第７図の状態から操作ワイヤー４１を矢印
Ｄの方向に操作して偏心カム３９を矢印Ｅの方向
へ回転させると、シフター２５が矢印Ｆの方向へ
回動して第６図に示す同心状態に戻る。すなわち
シフター２５を第６図と第７図に示す範囲内で任
意に操作することによつて、キヤリヤギヤ２８の
クランク軸５に対する偏心量を任意の量に無段階
に設定することができる。

つぎに無段変速機構の作用を第８図および第９
図について説明する。

第８図は第６図の状態における太陽歯車９と、
駆動歯車２０と、中間歯車２１と、シフター２５
と、キヤリヤギヤ２８（駆動歯車２０と同心）
と、キヤリヤピン３１と、遊星核３４と、遊星歯
車３６と、偏心カム３９との関係を示す説明図で
ある。

この状態でクランクアーム６を介してクランク
アーム６に固着した駆動歯車２０が矢印Ｇの方向
に回転すると、第５図に示すように中間歯車２１
を介してキヤリヤギヤ２８がクランク軸５と一体
に回転し、その結果キヤリヤピン３１を介して各
偏心核３４および遊星歯車３６をキヤリヤギヤ２
８と共に回動する。しかしてこの場合キヤリヤギ
ヤ２８に突設した各キヤリヤピン３１はいずれも
軸５と同心の円形軌跡Ｈ上を回動するから、偏心
核３４はキヤリヤギヤ２８に対しては全く回転し
ない。

しかしながら各遊星歯車３６は太陽歯車９とそ
れぞれコイルスプリング３３の作用によつて噛合
しているため、この太陽歯車９の負荷抵抗によつ
て各遊星歯車３６は第８図において矢印Ｉの時計
方向に回転しようとするが、この回転はラチエツ
ト３５ｃと爪３５ａから成る一方向クラツチ３５
の作用によつて阻止される。したがつて太陽歯車
９はキヤリヤギヤ２８と一体的に回動する遊星歯
車３６によつて第８図の矢印Ｊのようにクランク
軸５と一体的に同方向に回転する。したがつてこ
の場合の変速比は１：１である。

つぎに変速操作によつて、シフター２５を第
７，９図に示す偏心状態にした場合は、クランク
アーム６の矢印Ｇ方向の回転にともなつて、前述
したようにキヤリヤギヤ２８がクランクアーム６
と一体的に回転し、その結果各偏心核３４もキヤ
リヤピン３１と共に回動するが、この場合各キヤ
リヤピン３１の円形軌跡Ｈは太陽歯車９の中心Ｏ
に対して偏心しており、かつ各遊星歯車３６はコ
イルスプリング３３の作用によつて常に太陽歯車
９と噛合するように付勢されているから、各偏心
核３４はキヤリヤギヤ２８に対しても時々刻々回
動する。

すなわち第８，９図において太陽歯車９の中心
をＯとし、各位相におけるキヤリヤピン３１の中
心をＫとし、遊星歯車３６の円周浄の定点をＭと
すると、∠OKMであるθは、第８図の場合は常
に一定であるが、第９図の場合はそれぞれθ₁，
θ₂，θ₃，θ₄のように変化する。そして相互間には
θ₁＜θ₂＜θ₃＞θ₄＞θ₁の関係が生ずる。

すなわちこのθ₁〜θ₃までの間の遊星歯車３６に
は第９図に示す矢印Ｎ方向の回転が生ずるため、
この矢印Ｎ方向の回転と、キヤリヤギヤ２８の回
転による遊星歯車３６の矢印Ｇ方向の公転によつ
て、これと噛合する太陽歯車９を第９図の矢印Ｐ
で示すようにクランク軸５より増速して回転させ
る。なおこの場合本実施例では遊星歯車３６が６
個あるため、回転増速域にない歯車３６は増速さ
れないが、前記した一方向クラツチ３５の作用に
よつて６個の遊星歯車３６の中、その時最高の増
速域にある１個の遊星歯車３６のみが太陽歯車９
を駆動し、残りの５個の遊星歯車３６は、逆にそ
の太陽歯車９によつて回転させられるようにな
る。すなわちこの時その歯車３６のラチエツト３
５ｃは爪３５ａに対してすべつて回転することに
なる。

第１０図は縦座標に増速変速比をとり、横座標
にクランク軸５の回転角度をとつて示した本発明
装置の増速特性を示すものである。

これからわかるように、変速比の変動をできる
だけ小さくするためには、遊星歯車３６の使用個
数を多くするのがよい。本実施例では６個の遊星
歯車３６を使用しているため、第９図に示す角度
範囲Ｑ（約60゜）が各遊星歯車３６の太陽歯車９に
対する駆動域となる。したがつて第１０図からみ
ても本実施例においては、増速中もほとんど脈動
のない回転駆動力を得ることがわかる。

また上述の説明では、増速比１の場合と最大増
速比の場合を説明したが、シフター２５の回動操
作量を、第６図および第７図の中間の任意量に設
定することによつて、本発明装置によれば、無段
階で任意の速度比が得られることは説明するまで
もなく明らかである。

以上は本発明無段変速装置による自転車走行時
（正転時）における作用説明であるが、この無段
変速装置を装備した自転車が、例えば坂の途中に
停止した時、重力の作倫によつて後退したとする
と、後端が逆回転すると共に、チエン４６および
チエンギヤ１０を介して本発明の無段変速装置の
太陽歯車９に第８図の矢印Ｒで示す方向の逆入力
が作用することになる。

この逆入力が作用すると、本発明装置はその機
構上セルフロツクが生じて逆転できず、装置の各
部に無理な力が作用するため、本発明装置を実用
化するに当つては、この逆転時における逆入力許
容装置が必要となる。

前述した小歯車２６と大歯車１６はこの逆入力
を許容するためのもので、以下にその作用を説明
する。

すなわち第８図において、前述したように太陽
歯車９に矢印Ｒの方向の回転力が作用すると、こ
の太陽歯車９とそれぞれ噛合している各遊星歯車
３６が第８図の矢印Ｉの方向に回転しようとする
が、この回転は一方向クラツチ３５によつて阻止
されているため回転不能である。

しかしながら本発明装置内には前述したように
小歯車２６と大歯車１６とを組み込んであり、こ
れによつて逆入力を許容することができる。

すなわち第３図に示すように、クランクアーム
６の矢印Ｓ方向の正転時には、駆動歯車２０を介
して中間歯車２１が矢印Ｔ方向に回転し、この回
転が小歯車２６を介して大歯車１６に矢印Ｕ方向
の減速された回転を伝える。しかしながら正転時
において太陽歯車９の回転は駆動歯車２０の回転
と等しいかあるいは増速回転されているため、太
陽歯車９に固定した一方向クラツチ１５のリング
１５ｂの回転は、駆動歯車２０より減速されてい
る大歯車１６よりも同方向でしかも速いことは明
らかである。このため正転時には大歯車１６が矢
印Ｕの方向に回転するがリング１５ｂはこれより
更に速い速度で同方向に回転するため、一方向ク
ラツチ１５はすべつている状態となる。したがつ
て装置に無理な力が作用することはない。

また前記した逆転時に第３図の矢印Ｖの方向の
回転力がチエンギヤ１０を介して一方向クラツチ
１５のリング１５ｂおよび太陽歯車９に作用する
と、一方向クラツチ１５を介して大歯車１６が矢
印Ｗの方向に回転する。このため小歯車２６、中
間歯車２１を介して駆動歯車２０が矢印Ｘの方向
に大歯車１６よりも増速されて回転する。したが
つてキヤリヤギヤ２８も駆動歯車２０と一体的に
大歯車１６よりも増速されて第８図の矢印Ｙの方
向に回転するため、前記歯車１６，２６，２１，
２８による増速比を偏心核３４による増速比より
も大きく設定すれば、逆転時においても遊星歯車
３６は偏心核３４に対して第８図の矢印Ｚの方向
に回転することになるため、ロツク現象は生じな
い。このため本発明装置は逆転時においてもロツ
ケ現象が生じることなく、装置各部に無理な力が
作用するおそれもない。

（効果）つぎに本発明装置の効果を説明する。本発明の
無段変速装置は上述のように自転車の後輪ハブ軸
でなく、クランク軸に装備するようにしたから、
クランクギヤと後輪用スプロケツトとの直径比を
大きくとれる上に、伝動装置が全体的にも大型化
しないという効果が得られる。

また本発明装置は変速機構および逆入力許容機
構が簡単で、全体的にも構造が簡単であり、各部
の強度も大であるから耐久性が向上するという効
果がある。

またこの種の無段変速装置は遊星歯車装置を利
用して増速するものであり、その増速比は遊星歯
車の径と、太陽歯車の径の比によつて定まり、ま
た伝動力は遊星歯車の使用個数が多い程脈動が小
さくなるという性質がある。

しかしながら既知の無段変速機のように同一平
面上にすべての遊星歯車と太陽歯車を配置する場
合は、第１１図ａ，ｂ，ｃに示すように、遊星歯
車Ｐの個数を多くすれば、太陽歯車Ｓの径が大き
くなるため増速比が小さくなり、また遊星歯車Ｐ
の径を太陽歯車Ｓの径に比して大きくして増速比
を大にすれば、遊星歯車Ｐの個数が少なくなつて
脈動が大きくなるという問題がある。

しかしながら前述した本発明実施例の無段変速
装置のように、遊星歯車装置をクランク軸に対し
て二重に配置すれば、第１２図に示すように遊星
歯車Ｐの径を太陽歯車Ｓの径に対して大きくして
増速比を大きくできる上に、遊星歯車Ｐの個数を
多くして伝動力の脈動を小さくすることができる
というすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の分解斜視図、第２図はそ
の要部の分解斜視図、第３図および第４図は本発
明装置の部分組み立て状態を示す正面図、第５図
は本発明装置の横断平面図、第６図および第７図
は本発明装置の偏心操作装置の作用説明図、第８
図および第９図は本発明装置の変速作用説明図、
第１０図は本発明装置による増速特性図、第１１
図および第１２図は遊星歯車と太陽歯車の各種組
み合わせ状態を示す説明図である。５…クランク軸、６…クランクアーム、９…太
陽歯車、１０…チエンギヤ、１４…ケース蓋（ケ
ース）、１５…一方向クラツチ、１６…大歯車、
１８…ケース本体（ケース）、２０…駆動歯車、
２１…中間歯車、２２…枢支軸、２５…シフタ
ー、２６…小歯車、２７…鋼球、２８…キヤリヤ
ギヤ、２９…キヤリヤプレート、３１…キヤリヤ
ピン、３２…環状溝、３３…コイルスプリング
（ばね）、３４…偏心核、３５…一方向クラツチ、
３６…遊星歯車、３７…カム軸、３８…ワイヤリ
ール、３９…偏心カム、４１…インナーワイヤ
ー、４２…アウターワイヤー、４５…固定金具、
４６…チエン。

Claims

【特許請求の範囲】

１自転車のクランク軸にチエンギヤと一体の太
陽歯車を回転自在に嵌合し、クランク軸にクラン
クアームを固定すると共に駆動歯車を固定し、こ
の駆動歯車を外包するケースを自転車フレームに
固定して設け、前記駆動歯車と噛合する中間歯車
を前記ケースに回転自在に枢支し、この枢支軸に
よつて揺動自在に枢支した板状のシフターに円形
穴を設け、この円形穴に嵌合する段部を有すると
共に、外周に前記中間歯車と噛合する歯車を形成
した円環状のキヤリヤギヤを前記シフターに回転
自在に設け、このキヤリヤギヤの側面に複数個の
キヤリヤピンを突設し、この各キヤリヤピンにそ
れぞれ偏心孔を有する円盤状の偏心核を回転自在
に嵌合し、この各偏心核の外周部にそれぞれ一方
向クラツチを介して遊星歯車を嵌合し、この各遊
星歯車が常に前記太陽歯車と噛合するようにばね
により付勢し、前記シフターをその枢支軸を支点
として揺動させることにより、前記チエンギヤよ
り無段変速の出力を取り出すようにした事を特徴
とする自転車用無段変速装置。