JPH0159954B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自転車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の偏心制御装置に関
するものである。

（従来の技術） 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。

（発明が解決しようとする問題点） こ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。

しかしながら前記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８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点がある。

また上述の従来装置の太陽歯車と遊星歯車の軸
間隔は固定されているため、太陽歯車と遊星歯車
との噛合部にバツクラツシユが存在する結果、そ
れが増速伝動時の駆動遊星歯車の移り変り時に、
伝動系中に振動および騒音を発生する原因になつ
ていた。

上述の問題点を解決するために本発明者等は、
遊星歯車による増速装置を二段に配置することに
より、第１太陽歯車の径を遊星歯車の径に対して
大きくすると共に、遊星歯車の個数を多くして伝
動力の脈動を小さくする上に、増速比を大きくと
れるようにし、さらに第１太陽歯車と遊星歯車と
を常に圧接して噛合させることにより、バツクラ
ツシユに起因する伝動系中の振動および騒音を除
去することを目的として、入力部材によつて回転
駆動されるキヤリヤを偏心調整自在とし、このキ
ヤリヤに偏心軸と内部に一方向クラツチを有する
複数の遊星歯車を配設すると共に、これらの遊星
歯車と弾接する第１太陽歯車を設け、この第１太
陽歯車に軸支した遊星歯車を入力部材と一体的に
形成した内歯歯車と噛合すると共に、この遊星歯
車と噛合する第２太陽歯車を出力部材とした自転
車用無段変速装置を発明した。

本発明は、この自転車用無段変速装置に使用す
るキヤリヤの偏心制御装置を提供することを目的
とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上述の問題点を解決するため本発明において
は、変速機の中心軸に嵌装した入力部材に、大径
の外歯歯車と小径の内歯歯車を有する円板を固着
し、中空円盤形状の固定ケースを前記中心軸に対
して偏心位置に固定して設け、この固定ケース内
に環状のキヤリヤ枠を回動自在に設け、このキヤ
リヤ枠に外周面に対して偏心した内周段部を設け
ると共に、外周面と同心の内周段部を設け、この
外周面と同心の内周段部に前記円板の外歯歯車を
噛合するリング状の内歯歯車を回転自在に設け、
外周面に対して偏心した内周段部内に両側板を一
体に連結した環状のキヤリヤを回転自在に設け、
このキヤリヤと同心に形成したリング状の外歯歯
車を前記リング状の内歯歯車と噛合させ、前記キ
ヤリヤ枠を操作ワイヤーによつて回動させるよう
にして自転車用無段変速装置の偏心制御装置を構
成する。

（作 用） 上述のように本発明装置は、操作ワイヤーを操
作することによつて、固定ケース内のキヤリヤ枠
を回動し、それによつてキヤリヤを入力軸に対し
て偏心量ゼロから最大偏心量まで、自転車の停止
中も走行中も容易に制御できるようになつた。

その結果上述したように、伝動力の脈動が小さ
い上に、自転車として十分な増速比を得ることが
できると共に、伝動系中に発生する振動および騒
音を除去することができる自転車用無段変速装置
を可能にすることができた。

（実施例） 以下図面について本発明の実施例を説明する。

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。また８は後輪、９は後輪ハブ軸、１０（第５
図参照）は後輪ハブ、１１は後輪用スプロケツ
ト、１２はロツクナツト、１３はクランクギヤ、
１４はチエンである。

第１図〜第４図は本発明装置を有する無段変速
装置を自転車のクランク軸５に装備する第１実施
例を示すもので、本実施例においては、大径の外
歯歯車１５ａと小径の内歯歯車１５ｂを有する円
板形状の入力円板１５を入力部材であるクランク
アーム６に固着し、中空円板形状の固定ケース１
６を第２図に示すように、クランク軸５の中心
O₁に対して固定ケース１６の中心O₂をl₁だけ偏心
させてブラケツト１７を介してフレーム（チエン
ステー３に固定して設け、この固定ケース１６内
に環状のキヤリヤ枠１８を回動自在に設ける。す
なわち１９はキヤリヤ枠１８に巻き掛けた操作ワ
イヤーで、このワイヤー１９を移動させることに
より、キヤリヤ枠１８を回動させるようにする。
またこのキヤリヤ枠１８には、キヤリヤ枠１８の
外周面が形成する円の中心O₂（第２図参照）に対
してl₂だけ偏心させた点O₃を中心とする円形の内
周段部１８ａを設けると共に、キヤリヤ枠１８の
外周面と同心の内周段部１８ｂ（第１，３図参照）
を設け、この内周段部１８ｂに、前記入力円板１
５の外歯歯車１５ａと第３図に示すように噛合す
るリング状の内歯歯車２０をボールベアリング２
１を介して回転自在に設け、また別の内周段部１
８ａ内に、両側板を一体に連結してなる環状のキ
ヤリヤ２２をボールベアリング２３を介して回転
自在に設け、このキヤリヤ２２と同心に、かつキ
ヤリヤ２２と一体に形成したリング状の外歯歯車
２２ａを第３図に示すように、前記内歯歯車２０
と噛合させる。

またクランク軸５にベアリング２４を介して軸
筒２５を回転自在に嵌合し、この軸筒２８の外側
のクランクアーム６側に小径の第２太陽歯車２６
を一体に形成すると共に、軸筒２５の内側にクラ
ンクギヤ１３を固着し、軸筒２５の外周にベアリ
ング２７を介して大径の第１太陽歯車２８を回転
自在に嵌装する。なお２９は軸筒２５の鍔部と前
記固定ケース１６の内側壁部との間に介装したボ
ールベアリング、３０は入力円板１５の外周部と
固定ケース１６の外側壁部との間に介装したボー
ルベアリングである。

また前記キヤリヤ２２の側面の同一円周上に複
数（本実施例では７個）の軸３１を円周等分位置
にそれぞれクランク軸５と平行に設け、これらの
軸３１にそれぞれ円形の偏心遊星核３２を軸３１
に対して偏心して設け、各偏心遊星核３２の外周
部に一方向クラツチ３３を介してリング状の遊星
歯車３４を一方向にのみ回転できるように嵌装す
る。

この一方向クラツチ３３はどのような形式のも
のでもよいが、本実施例では第２図に示すよう
に、リング状の遊星歯車３４の内周面にラチエツ
ト３３ａを形成すると共に、偏心遊星核３２にラ
チエツト３３ａと噛合して一方向の回転のみを阻
止する爪３３ｂを設けて、図示しないばねによつ
て爪３３ｂがラチエツト３３ａと噛合するように
付勢してある。

また前記各偏心遊星核３２の一側面（本実施例
では内側面）軸３１から適当間隔をおいて軸３１
と平行な揺動ピン３５を第２図に示すようにキヤ
リヤ２２の抜き窓２２ｂを介して外部に突設し、
これら各揺動ピン３５をリング状ばね３６により
外包することにより、そのばね力によつて各遊星
歯車３４を第１太陽歯車２８に常に圧接して噛合
させるようにする。

また第１太陽歯車２８の外側面の同一円周上に
複数（本実施例では４個）の軸３７をクランク軸
５と平行に円周等分位置に設け、これらの軸３７
に前記入力円板１５の内歯歯車１５ｂと噛合する
と共に、第２太陽歯車２６と噛合する遊星歯車３
８を回転自在に嵌装する。

また第５図および第６図は本発明装置を有する
無段変速装置を自転車の後軸ハブ軸９を中心に設
けた第２実施例を示すもので、この場合は入力部
材である後輪用スプロケツト１１を入力円板１５
と固着して、ベアリング３９により後輪ハブ軸９
に回転自在に嵌装すると共に、第２太陽歯車２６
と一体の軸筒２５を後輪ハブ１０と一体に形成し
て出力を後輪８に伝えるようにした点が前記第１
実施例と異なつているのみで、その他の構成は同
様であるから、各部に同一の符合を付して説明は
省略する。

つぎに上述のように構成した本発明装置を有す
る無段変速装置の作用を第１実施例を代表として
説明する。第１〜３図はキヤリヤ２２の偏心量が
最大の状態を示すもので、この状態から操作ワイ
ヤー１９を第２図の矢印Ｄの方向に操作して、キ
ヤリヤ枠１８を矢印Ｅの方向に約90゜回動させる
と、l₁＝l₂とすれば、第９図に示すようにキヤリ
ヤ２２の中心O₃がクランク軸５の中心O₁と一致
する。この状態がキヤリヤ枠２２の偏心量が０状
態であり、第２の状態がキヤリヤ枠２２の偏心量
が最大の状態である。

また第９図の偏心量０の状態から第２図の偏心
量最大の状態に戻すには、操作ワイヤー１９を前
とは逆方向（第９図の矢印Ｆの方向）に操作すれ
ばよい。

すなわち操作ワイヤー１９を操作することによ
つて、キヤリヤ２２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説明する。

第１０図は第９図のキヤリヤ２２の偏心量０の
状態におけるクランク軸５と、キヤリヤ２２と、
遊星核の軸３１と、揺動ピン３５と、リング状ば
ね３６と、遊星歯車３４と、第１太陽歯車２８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
軸５が第１０図の矢印Ｇの方向に回転すると、第
１図に示すようにクランクアーム６と結合した入
力円板１５がクランク軸５と一体に回転し、その
結果、第３図に示すように入力円板１５の外歯歯
車１５ａがリング状の内歯歯車２０と噛合してい
るため、この内歯歯車２０がボールベアリング２
１と介して回転する。またキヤリヤ２２と一体の
外歯歯車２２ａが内歯歯車２０と噛合しているた
め、この内歯歯車２０の回転によつてキヤリヤ２
２がクランク軸５と共に回転する。この場合、キ
ヤリヤ２２の回動によるキヤリヤ２２の中心O₃
は、第３図の位置から第９図に示すクランク軸５
の中心点O₁と一致するまでの範囲内移動するだ
けであるから、キヤリヤ２２のどの状態において
もキヤリヤ２２の外歯歯車２２ａと内歯歯車２０
との噛合は保たれる。また入力円板１５の外歯歯
車１５ａが内歯歯車２０と常に噛合状態を保持す
るのは云うまでもない。

また上述したキヤリヤ２２の回転によつて、キ
ヤリヤ２２に突設した軸３１を介して各遊星核３
２および遊星歯車３４もキヤリヤ２２と共に回動
する。しかしてこの場合遊星核３２に突設した揺
動ピン３５はリング状ばね３６によつて常に内方
へ押圧されており、この場合キヤリヤ２２の中心
と、各軸３１および揺動ピン３５の中心をそれぞ
れ通る円の中心と、第１太陽歯車２８の中心はす
べて同心で合致しているため、クランク軸５の中
心O₁と、軸３１の中心O₄と、揺動ピン３５の中
心O₅のなす角θはすべての遊星核３２において
不変ある。したがつてこの場合各遊星核３２はど
の位相においてもキヤリヤ２２に対して全く回転
せず、キヤリヤ２２と共に公転するのみである。

しかしながら各遊星歯車３４は第１太陽歯車２
８とそれぞれ噛合しているため、この第１太陽歯
車２８の負荷抵抗によつて各遊星歯車３４は第２
図において時計方向に回転しようとするが、この
回転はラチエツト３３ａと爪３３ｂから成る一方
向クラツチ３３の作用によつて阻止される。した
がつて第１太陽歯車２８はキヤリヤ２２と一体的
に回動する遊星歯車３４によつて第１０図の矢印
Ｈ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クランク軸５に対する
第１太陽歯車２８の変速比は１：１である。

また第１太陽歯車２８が回転すると、軸３７を
介して遊星歯車３８も共に公転するが、この遊星
歯車３８はクランク軸５と一体に回転している入
力円板１５の内歯歯車１５ｂと噛合しているため
自転しないから、各遊星歯車３８と噛合している
第２太陽歯車２６も結局クランク軸５と一体的に
回転する。したがつてこの場合出力部材であるク
ランクギヤ１３もクランク軸５と１：１で回転す
る。

つぎに変速操作によつて、キヤリヤ２２を第
２，１１図に示す最大偏心状態にした場合は、ク
ランク軸５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２２が軸５と一体的に回転
し、その結果各遊星核３２も軸３１と共に回動す
るが、この場合キヤリヤ２２が軸５に対して偏心
しており、かつ各揺動ピン３５はリング状ばね３
６によつて常に内方へ押圧されているから、各遊
星核３２はキヤリヤ２２に対しても時々刻々回動
する。

すなわちクランク軸５の中心をO₁とし、軸３
１の中心をO₄とし、揺動ピン３５の中心をO₅と
すると、O₁，O₄，O₅のなす角θは、第１０図の
場合常に一定であるが、第１１の場合はそれぞれ
θ₁〜θ₇のように変化する。そしてこの場合θ₁が最
小で、θ₄が最大であり、相互間にはθ₁＜θ₂＜θ₃＜
θ₄の関係が生ずる。

すなわちこのθ₁〜θ₄までの間の遊星歯車３４に
は第１１図に示す矢印Ｉ方向の回転が生ずるた
め、この矢印Ｉ方向の回転と、軸５を中心とする
遊星歯車３４の矢印Ｊ方向の公転によつて、これ
と噛合する第１太陽歯車２８を第１１図の矢印Ｋ
で示すように軸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３４が７個あるた
め、回転増速域にない歯車３４は増速されない
が、前記した一方向クラツチ３３の作用によつて
７個の遊星歯車３４の中、その時最高の増速域に
ある１個の遊星歯車３４のみが第１太陽歯車２８
を駆動し、残りの６個の遊星歯車３４は、逆にそ
の第１太陽歯車２８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遊星歯車３４のラチ
エツト３３ａは爪３３ｂに対してすべて回転する
ことになる。

第１２図は縦座標に増速変速比をとり、横座標
に第１太陽歯車２８の回転角度をとつて示した本
実施例の無段変速装置の１組の遊星歯車増速機構
による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３４の使用個
数を多くするするのがよい。本実施例では７個の
遊星歯車３４使用しているため、各遊星歯車３４
の第１太陽歯車２８に対する駆動角度範囲は約
51゜となる。したがつて第１２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できる。

そして上述のように第１太陽歯車２８が第２図
の矢印Ｋのように増速回転すれば、遊星歯車３８
の矢印Ｋ方向の公転速度が、キヤリヤ２２と共に
回転する入力円板１５と一体の内歯歯車１５ｂの
矢印Ｌ方向の回転速度より大きくなるため、各遊
星歯車３８はＭ方向の自転を生じる結果、これと
噛合している第２太陽歯車２６を矢印Ｎ方向に、
第１太陽歯車２８よりもさらに増速して回転させ
ることになる。したがつて増速比がさらに増大す
る。そしてこの回転が軸筒２５、クランクギヤ１
３、チエン１４、後輪用スプロケツト１１を介し
て後輪８（第７図参照）に伝えられる。

また上述の説明では、最小増速比に場合と最大
増速比の場合を説明したが、操作ワイヤー１９の
操作によるキヤリヤ枠１８の回動操作量を、中間
の任意量に設定することによつて、本発明装置を
有する無段変速装置によれば、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。

（発明の効果） 上述のように本発明装置によれば、操作ワイヤ
ー１９を操作することによつて、固定ケース１６
内のキヤリヤ枠１８を回動し、それによつてキヤ
リヤ２２を入力軸５に対して偏心量ゼロから最大
偏心量まで、自転車の停止中も走行中も容易に制
御できるという効果が得られる。

その結果上述したように、伝動力の脈動が小さ
い上に、自転車として十分な増速比を得ることが
できると共に、伝動系中に発生する振動および騒
音を除去することができるすぐれた自転車用無段
変速装置を可能にすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を有する自転車用無段変速
装置の縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線によ
る一部断面で示す正面図、第３図は第１図のＢ−
Ｂ線による断面で示す正面図、第４図はその無段
変速装置を一部切欠して示す斜視図、第５図は本
発明装置を有する無段変速装置を後輪ハブ軸に装
備する場合の実施例を示す縦断面図、第６図は第
５図のＣ−Ｃ線による一部断面で示す正面図、第
７図は自転車の側面図、第８図ａ，ｂ，ｃは遊星
歯車と太陽歯車の各種組合せ状態を示す説明図、
第９図は第２図のキヤリヤを偏心量Ｏにした状態
を示す断面図、第１０図および第１１図は変速作
用の説明図、第１２図は本発明装置を有する無段
変速装置による増速特性図である。 ５……クランク軸、６……クランクアーム（入
力部材）、８……後輪、９……後輪ハブ軸、１０
……後輪ハブ、１１……後輪用スプロケツト、１
３……クランクギヤ、１４……チエン、１５……
入力円板、１６……固定ケース、１８……キヤリ
ヤ枠、１９……操作ワイヤー、２０……内歯歯
車、２２……キヤリヤ、２２ａ……外歯歯車、２
５……軸筒、２６……第２太陽歯車、２８……第
１太陽歯車、３１……軸、３２……偏心遊星核、
３３……一方向クラツチ、３４……遊星歯車、３
５……揺動ピン、３６……リング状ばね、３７…
…軸、３８……遊星歯車。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 変速機の中心軸に嵌装した入力部材に、大径
   の外歯歯車と小径の内歯歯車を有する円板を固着
   し、中空円盤形状の固定ケースを前記中心軸に対
   して偏心位置に固定して設け、この固定ケース内
   に環状のキヤリヤ枠を回動自在に設け、このキヤ
   リヤ枠に外周面に対して偏心した内周段部を設け
   ると共に、外周面と同心の内周段部を設け、この
   外周面と同心の内周段部に前記円板の外歯歯車と
   噛合するリング状の内歯歯車を回転自在に設け、
   外周面に対して偏心した内周段部内に両側板を一
   体に連結した環状のキヤリヤを回転自在に設け、
   このキヤリヤと同心に形成したリング状の外歯歯
   車を前記リング状の内歯歯車と噛合させ、前記キ
   ヤリヤ枠を操作ワイヤーによつて回動させるよう
   にしたことを特徴とする自転車用無段変速装置の
   偏心制御装置。