JPH03219156A - 変速機装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、駆動力の変速機、特に、自転車のような作用
力を発生させる機構に使用される連続がつ自動的に可変
である変速機に関する。

（従来の技術及びその課題） 自転車用の連続的可変変速機は特許されているものの、
商業的に実用化されるに至っていない。

かかる変速機において、変速比の変化は自転車のペダル
組立体に取り付けられるか、又はかかるペダル組立体に
より駆動される半径方向に延伸可能なスプロケット組立
体によって行われる。かかる可変変速機は、米国特許第
３．９９５．５０８号に開示されている。

かかる特許において、複数の小さいスプロケットが主デ
イスクの半径方向スロット内に摺動可能に取り付けられ
ており、スプロケットは半径方向最外側の位置に向けて
偏倚され、ローラチェーンにかみ合い最大の変速比にて
駆動トルクを伝達する。スプロケットの半径方向の位置
は、スプロケットをその半径方向最外側の位置に付勢さ
せるとき、可調節であるばねの偏倚力を受けて、主デイ
スクに対して斜め方向に変位可能である制御ディスクの
ら旋状溝により制御される。

上記特許等に開示された型式の可変変速機は構造が複雑
であり、その変速機の各種の部品が摺動係合することに
起因する相当量の摩擦のため、効率的でなく、満足し得
るものではない。その他の連続可変変速機の欠点の一部
は次の通りである。

１）ローラクラッチがスプロケットの逆転を妨害し、機
構がその最大径から最小径に移るとき、チェーンがスプ
ロケットから浮き上がって外れる原因となる。

２）ローラクラッチは小さ過ぎ、荷重が加えられるた状
態にて長時間の寿命を保つことが出来ない。

３）金属製はねでは、及び可能なスペース内にて必要と
される剛性及び総歪曲が得られない。

４）チェーンかみ合っているときに必要とされるように
、個々の各スプロケットが前方又は後方に回転し、かか
るかみ合いが円滑に行われるようにするための何等の手
段も存在しない。

こうした欠点のため、部品間の接触を最小にする一方、
最大値及び最小値間にて連続かつ自動的に可変の変速比
を実現する改良された可変変速機の開発が要望されてい
る。

（課題を達成するための手段） 本発明は、その第１の実施例において、自転車のクラン
ク上に旋回可能に取り付けられたキャリア部材がその上
に旋回可能に取り付けられた複数のセグメントを有し、
その各セグメントがチェノにかみ合い可能なスプロケッ
トを担持すると共に、クランク軸上に回転可能に取り付
けられて自由回転するスパー歯車とかみ合う歯付きリン
クを有している。このため、変速機に入力されるトルク
が増大すると、これらセグメントは、そのセグメント上
のスプロケットがクランク軸に向けて略半径方向内方に
動き、これによ１て、チェーンの張力、及びチェーンを
介して後輪に加えられるトルクを増大させるような方向
に自動的に回転される。チェーン及びスプロケットに代
えて、無端の可撓性ヘルド及びプーリを使用することも
出来る。

弾性的な無端の可撓性バンドの形態による手段か設けら
れて、上記セグメントを偏倚させると共に、スプロケッ
トをクラッチ軸の外方に偏倚させ、ペダルの荷重が軽い
とき、変速機が最大有効径の状態にあるようにする。

この変速機の別の形態は乗物がペダルを踏んで走る速度
を関数とする連続的に可変の変速機を提供するサーボ制
御装置を備えている。

本発明の変速機の実施例は、構造が簡単でかつ堅牢であ
り、製造及び組立てが低廉であると共に、従来の可変変
速機よりもより効率的に作動し得るようにする特徴を備
えている。

本発明の主たる目的は、変速機が連続かつ自動的に可変
であり、相互にかみ合う部品が比較的小数であり、この
ため、スプロケットの直径を変化させるときの摩擦作用
を最小にする自転車用の改良された変速機を提供するこ
とである。

本発明の別の目的は、変速機の構造が簡単でかつ堅牢で
あり、かつ製造及び組立てが低廉であり、しかも新品の
装置又は交換部品としてあらゆる型式の自転車に使用す
ることの出来る、上述の型式の改良された変速機を提供
することである。

本発明のその池の目的は、本発明を説明するための添付
図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより
明らかになるであろう。

（実施例） 本発明の主題である連続かつ自動的に可変である変速機
は、全体として参照符号１０で示されており、ペダルク
ランク軸１６が通って伸長する／Ｘブ１４が設けられた
フレーム１２を有する自転車に適用し得るようにされて
いる。このハブ１４には、離間した軸受１８．２０が設
けられており、クランク軸１６を軸支してハブ１４の中
心軸を中心として回転させる。以下に説明するように、
変速機１０はクランク軸１６の伸長部２２により担持さ
れている。ペダルクランクアーム２４．２６は位置２７
．２８にてねしのナンド等の任意の適当な手段によりク
ランク軸１６の外端に固着されている。−ペダル３０は
通常の方法にてペダルクランクアーム２４．２６の外端
上に取り付けられている。

変速機１０は、一対の平行なキャリアプレート３２．３
４（第１図乃至第４図）を備え、これら各キャリアプレ
ート３２．３４は円形の外周３６を有すると共に、第１
図乃至第３図に図示するようにスポーク４０を画成する
複数の三角針穴３８か設けられている。各キャリアプレ
ート３２．３４はスポーク４０の内端と一体の中央部分
４２（第１図）を有し、各キャリアプレート３２．３４
はクランク軸１６の伸長部２２の４つの平坦部４５（第
２図）を受は入れる穴４４（第１図）をさらに有してい
る。各室４４は四角であって、伸長部２２の外側平坦部
４５と相補的である。このため、キャリアプレート３２
．３４は相互に整合されかつクランク軸１６に結合され
て、該クランク軸１６が回転するとき該クランク軸１６
と共に回転し、自転車のライダーのペダル力の作用下、
クランク軸伸長部２２からキャリアプレート３２．３４
にトルクを伝達する。

環状スペーサ又はブンユ４６（第２図及び第２図Ａ）は
クランク軸伸長部２２の外面と相補的な中央穴４８を有
している。スペーサ４６はその外周に２組の歯５６を有
するスパー歯車５４のノ１ブ５２（第２図及び第２図Ａ
）を回転可能に取り付ける。スパー歯車５４はクランク
軸１６の伸長部２２上にて自由に回転可能である。

ブシュ４６に代えて、回転ダッシュポットを使用してブ
シュとして機能させる一方、スパー歯車５４が軸伸長部
２２及びキャリアプレート３２．３４に対して回転する
とき、粘性のせん断抗力を提供するようにしてもよい。

スパー歯車５４の２組の歯はそれぞれのキャリアプレー
ト３２の内面から内方に近接させて離間されている。

キャリアプレート３２．３４は相互に同一であり、鋼薄
板を打ち抜いて形成することが望ましい。

四角穴４４及びその中央ハブは四角の軸伸長部２２に沿
って摺動し、全ての駆動トルクはこの相互境界面を通っ
て付与される。キャリアプレート３２．３４の切欠き部
分又は穴３８は、これらキャリアプレート３２．３４の
重量を最小にするため形成されており、塵埃及びその他
の異物がキャリアプレート３２．３４間に画成される歯
車歯又は歯車部品及びスプロケットから排出され得るよ
うな形状にしである。スペーサ４６は２つのキャリアプ
レート３２．３４間の距離を適正に維持する働きをする
。スペーサ４６の外径は又中央歯車５４がその上で回転
する軸受はジャーナルとしての働きもする。ブシュは油
を含浸させた青銅、鋼、炭素又は自己潤滑複合材料の１
つにて形成することが出来る。鋼にて形成する場合、そ
の外面にはある形態のめっきした摩擦防止手段を施すこ
とが必要となろう。

各キャリアプレート３２．３４には、その外周３６（第
２図）付近にてそれぞれのキャリアプレートに旋回可能
に取り付けられた多数の三角形のセグメント５８が設け
られる。説明の便宜上、各キャリアプレート３２には、
６つのセグメント５８が設けられているものとする。こ
れらセグメント５８は、第２図に示すようにキャリアプ
レートの間にあり、クランク軸伸長部１６を中心として
均一な間隔に配設される。

各セグメント５８は相互に収斂しかつ相互に位置６４付
近にて一体とされた一対のアーム６０．６２を有してい
る。位置６４にて、ピン６６（第２図、第２図Ａ及び第
４図）はそれぞれのキャリアプレート３２又は３４に対
して反対方向に回転可能であるようにセグメントをそれ
ぞれのキャリアプレート３２．３４に旋回可能に取り付
ける。

接続リンク６８は各セグメント５８のアーム６０．６２
の両端と一体でありかつこれら両端を相互に接続させる
。各リンク６８の外端縁部分は凸状であり、第２図に示
すようにスパー歯車５４の隣接組の歯５６にかみ合う離
間した歯車歯７０が設けられている。

一方のキャリアプレートの各セグメント５８は、もう一
方のキャリアプレートの対応するセグメント５８に隣接
しかつ該セグメント５８と横方向に整合されている。こ
れら隣接しかつ対応する各対のセグメント５８は、ピン
又は軸７４によりその間に回転可能に取り付けられたス
プロケット７２を有している。ピン又は軸７４の端部は
それぞれのセグメントのリンク６０．６８の接続部にて
それぞれの対のセグメント５８に接続されている。

第４図及び第５図に図示するように、ピン７４の各端は
セグメントのアーム６０及びリンク６８の隣接端と一体
のセグメント５８の端部７５により担持されている。第
５図には、その間にスプロケット７２を担持する隣接す
るセグメント５８が図示されている。

参照符号７２ａで示した一対のスプロケットはチェーン
駆動スプロケットであり、その池のスプロケット７２は
アイドラースプロケットである。

駆動スプロケットのそれぞれの側部にて無端の弾性はね
７７が各駆動スプロケット７２ａに設けられており、こ
の弾性はねはセグメントのリンク６８にて第１のピン７
９、及びそれぞれの駆動スプロケット７２ａ上に回転可
能に取り付けられた第２のピン８１に結合された０リン
クとすることが望ましい。ばね７７は、駆動スプロケッ
トを偏倚させ、半径方向線８３が通常、ピン７９及びそ
れぞれのピン７４を通るようにする一方、スプロケット
が１５°乃至２０°程度の角度範囲内を回転可能である
ようにするために使用される。

ローラチェーン７６のような無端の可撓性駆動部材がス
プロケット７２．７２ａに結合されており、自転車のラ
イダーがペダルを踏むとセグメント５８に対し可動であ
るようにしである。故に、駆動部材は矢印７８（第１図
乃至第３図）の方向に動く。この駆動部材は、無端で可
撓性である限り任意の適当な構造とすることが出来る。

例えば、ローラチェーン７６とする代わりに、該駆動部
材は可撓性ヘルドとし、スプロケット７２に代えてベル
トに結合されたブーりを使用してもよい。説明の便宜上
、駆動部材はローラチェーンとして説明する。　チェー
ン７６は自転車の後輪（図示せず）の回転可能な後方ス
プロケット８５（第１図Ａ）を中心として繋がって動き
、この後方スプロケットは自転車フレーム１２の後方部
分８７に取り外し可能に結合される。ピン９１によりフ
レーム部分８７と一体の突起９３に旋回可能に取り付け
られたばね偏倚したアーム８９の形態による線形ダンパ
によりチェーン７６に張力が加えられ、アームの外端に
はピン９７によりアーム８９に回転可能に取り付けられ
たアイドラースプロケット９５が設けられている。第２
のアイドラースプロケット９１ａかピン９１に回転可能
に取り付けられている。　流体シリンダ９９はその内部
に摺動可能に取り付けられたピストンロッド１０１を有
し、このピストンロッド１０１はピン１０３によりアー
ムの両端の中間に結合されている。ピン１０１を囲繞す
るばね１０５がその一端にてピン１０１の端プレート１
０７に、及びその内側の他端にてシリンダ９９内の当接
部（図示せず）にそれぞれ係合する。シリンダはピン１
０９　（第１図）により、自転車フレーム１２のフレー
ム部分８７から下方に伸長する突起１１１に結合されて
いる。

ばね１０５は第１図Ａにみて時計方向にアーム８９を偏
倚させ、これにより、チェーン７６の下方部分に軽い張
力を維持する。

チェーン７６が任意の適当な方法にてスプロケット７２
．７２ａに結合されたとき、２つの駆動スプロケット７
２ａのみがチェーン７６を実際に駆動する。他の４つの
スプロケット７２は一方の方向に回転自在である。

２つの駆動スプロケット７２ａは１８０°離して離間さ
れており、ペダルと一直線上にある。このため、一方の
駆動スプロケット７２ａが機構底部にてチェーンを解放
すると、もう一方の駆動スブロケッｌ−７２ａが機構上
端にてチェーンにかみ合う。ペダルが上下に真っ直ぐと
なり、自転車のライダーが作用させるトルクが極めて小
さいとき、この状態は逆になる。この特徴により円滑な
運転が可能となり、チェーンが一方の駆動スプロケット
にのみかみ合うとき（これは全時間の約７５％を占める
）、変速機が最大径から最小径に又はその逆に最小径か
ら最大径に自由に動くことを可能にする。

各駆動スプロケット７２（第４図）に対して対のＯリン
グばね７γを設けることにより、各駆動スプロケット７
２ａがチェーンに向けて上方に旋回するとき、ばね７７
が該スプロケット７２ａをその中立位置に動かす。この
特徴により、駆動スプロケット７２ａはチェーンに円滑
にかみ合うのに必要とされるように時計方向又は反時計
方向に約１／２の歯ピッチまで動くことが出来る。

スプロケット７２．７２ａはクランク軸１６が回転する
とき、キャリアプレート３２．３４と共に回転する。こ
れらスプロケットは変速機１０に要求されるトルクが増
大すると半径方向内方に動く。この動作は、第１図に示
した最大比の状態から第２図に示した中間比の状態を経
て第３図に示した最小比の状態まで可能である。この最
小比の状態にて、スプロケットはキャリアプレート３２
の外周から遠方にある。

弾性的な無端の可撓性バンド又はばね８２が、それぞれ
各キャリアプレート３２．３４に対して提供されている
。各バンド８２はそれぞれのセグメント５８により担持
されたピン６４の周囲に位置決めされ、各ピン８４は第
１図及び第４図に図示するようにそれぞれのセグメント
５８のリンク６２の端部の中間の穴８４ａ（第４図）内
に取り付けられている。各バンド８２は通常、張力状態
にあり、ピン８４を対応するキャリアプレート３２の外
周の半径方向内方に偏倚させる。このように偏倚された
とき、セグメント５８はピン６６の軸線を中心として第
１図乃至第３図に見たとき、反時計方向に回転すること
が出来る。このため、スプロケット７２．７２ａは変速
機１０がその最大比の状態にある第１図に示したその外
側作用位置まで偏倚される。かかる状態において、後方
スプロケット８５付近のチェーン張力アーム８９は最小
のチェーン巻き取り位置にある。

バンド８２は第２図Ａに示すようにそれぞれのキャリア
プレート３２．３４の外面に隣接している。単一のバン
ド８２のみを使用してスプロケット７２．７２ａをその
最外側の位置に偏倚させることも可能である。

作用について説明すると、自転車のライダーが自転車を
通常の方法にてペダルを踏み、軸１６を第１図乃至第３
図に見て時計方向に回転させる。

軸１６か回転すると、キャリアプレート３２．３４は、
第１図乃至第３図に見て時計方向に回転する。このとき
、歯車５４は回転自在であり、ペダルの力が小さい限り
、スプロケット７２．７２ａはその最大比又は第１図に
示した外方位置に止まる。自転車の変速機１０と関係す
るチェーン張力アーム８９（第１図Ａ）により、チェー
ン７６の張力が維持される。

例えば、上り坂で自転車のペダルを踏む場合、クランク
軸１６を回転させるためにはより大きいトルクが必要と
され、スプロケット７２．７２ａはキャリアプレート３
２．３４の中央部分に向けて内方に動く傾向となる。第
３図には、スプロケット７２．７２ａの中間位置が図示
されている一方、第３図には、スプロケット７２．７２
ａの最終位置が図示されており、この位置にてペダルに
対し上り坂を進むための最大のトルクが加えられる。

スプロケット７２．７２ａが変速機１０の中心に向けて
内方に動くとき、スパー歯車５４は回転自在であるため
、セグメント５８はそのそれぞれのピン６６を中心とし
て回転し、セグメント５８はキャリアプレート３２．３
４に対してそのピン６６を中心として容易に旋回又は回
転することが出来る。ペダルによってクランク軸１６に
付加的なトルクが加えられる限り、スプロケット７２．
７２ａはその第３図に示した位置に止まり、チェノの上
方（駆動）部分に最大の張力を生しさせる。自転車が再
度平坦な水平地面を走る場合のように、付加的なトルク
を低下させることが必要になると直ちに、バンド８２は
セグメント５８をその第３図に示した位置から第１図の
位置まで回転させ、これにより、スプロケット７２．７
２ａが自動的に変速機の外周方向に動く傾向となる。セ
グメント５８がその歯５６をスパー歯車５４とかみ合わ
せるため、スプロケットは均一に外方に動（。このため
、このスパー歯車により、チェーンはキャリアプレート
３２のハブの半径方向外方に均一に伸長し、チェーン張
力アーム８９が適正な方法にて作用することを確実にす
る。

２つの駆動スプロケット７２ａは１８０°間隔を離して
位置決めされている。従って、殆どの時間、一方の駆動
スプロケットのみがチェーンと接触している。一方のス
プロケット７２ａのみがチェーン７６と接触していると
き、変速機は径を自由に変えることが出来、チェーンと
接触する他方のスプロケット７２ａは隣接するスプロケ
ット間の正接距離が変化するのに伴い回転自在となる。

しかし、両方の駆動スプロケット７２ａがチェーンと接
触するときがある。この状態は第３図に図示されている
。１２時の位置にあるスプロケット７２ａは完全にかみ
合っている一方、６時の位置にあるスプロケット７２ａ
は未だ上に持ち上がって下方チェーンから離れていない
。この「重なり合い」期間は一回転の約４５°を占め、
ペダルが上下に一直線の位置付近にあるときに生ずる。

この重なり合い期間中、変速機は径を増大させることが
出来ない。それは、そのためには、駆動スブロケント７
２ａ間のチェーンが延伸しなければならないが、かかる
ことは不可能であるからである。故に、この重なり合い
期間中、変速機は「ロックアツプ」されている。

歯車５４はスペーサ４６を中心として回転自在である。

該歯車５４の幅はスペーサの幅より僅かに小さいため、
キャリアプレート３２．３４との接触は付随的であり、
これらキャリアプレート３２．３４に対する歯車５４の
回転は比較的自由となる。各セグメント５８の歯車７０
は、歯車５４の歯５６（第２図示Ａ）と常時かみ合って
いる。

歯車５４は６つの全てのスプロケットを同期化させる働
きをする。歯車５４は典型的に最大８３°の円弧に沿っ
て回転する。

各スプロケット軸７４はそれぞれのセグメント５８間に
嵌まり、セグメントの端部ピン６６と共に、セグメント
５８を平行状態に維持するのに適した距離だけ該セグメ
ント５８を離間させる働きをする。スプロケット軸７４
及びピン６６の双方はそれぞれのセグメントの穴内に圧
入される。締結具は全く必要ない。

４つのアイドラースプロケット７２はそのスプロケット
軸７４を中心として一方の方向に回転自在である。これ
らアイドラースプロケット７２はチェーン７６を駆動し
ないが、チェーンによりこれらスプロケット上に形成さ
れる通常の力はチェーンの張力に比例する。これら通常
の力は、スプロケットビンを中心とする動作を生しさせ
、主はね８２（第１図）の同様の通常の力により釣り合
いがとられる。キャリアプレート３２．３４を通してペ
ダルから加えられるトルクに起因するチェーン７６の張
力が大きい場合、荷重が加えられたセグメント５８はそ
の枢着ビン６６を中心として回転し、主ばね８２を延伸
させ、歯車５４を回転させる。この歯車回転によりチェ
ーンと接触していないスプロケット７２も又その枢着ピ
ン６６を中心として回転し、主はね８２をさらに延伸さ
せる。同様の力が駆動スブロケｙ　ｈ７２ａに作用する
。このチェーン張力によって変速機は径を変化させる。

ペダルの荷重がかかるチェーン張力を生しさせる。

セグメント５８は典型的に薄板鋼を打ち抜いて形成され
る。６つの右側セグメントと同様、６つの左側セグメン
ト５８は全て同一である。軸７４はセグメントビン６６
が適所に圧入されると同時にセグメント５８の穴内に圧
入される端部を有している。ばねビン８４（第１図）は
典型的にアルミニウムにて形成され、穴８４ａ内に圧入
される。

ビン８４は主ばね８２を位置決めしかつ該ばね８２に荷
重を加える働きをする。これらビン８４はキャリアプレ
ート３２．３４の穴３８（第１図）を通って伸長し、最
小径及び最大径の位置にて穴３８の端縁に接触する。

主ばね８２は典型的に変速機のそれぞれの側部にて６つ
のばねビン８４の周囲に延伸させた従来の０リングであ
る。最大比の位置（第１図）におけるばね８２の予荷重
により変速比を小さくするのに必要なチェーン張力の程
度、従って、ペダル力か決まる。弾性係数及びはね８２
の張力により最小比の位置に達するのに必要な付加的な
チェーン張力（ペダル力）の程度が決まる。

広範囲の特徴を提供する、この目的に利用可能である多
数のエラストマーがある。このため、変速機の作動範囲
は、ばね８２を代えるだけで簡単に変化させることが出
来る。ヘルビル座金１７（第２図Ａ）が該座金がペダル
アームとキャリアプレト３２間にて圧縮されるとき、ス
ペーサ４６にＺ・１シて外側キャリアプレート３２を緊
密に保持する。。

枢着ピン６６（第２図Ａ）は典型的に油を含浸された青
銅にて形成され、キャリアプレート３２．３４内に圧入
されている。ビン６６には段差部分か付けられている。

セグメント５８はビン６６の小径部分を中心として回転
し、各ビン６６の段差部分がセグメント５８によりキャ
リアプレート３２、：３４か擦れるのを防止する。チェ
ーン７６は標準型の１７２インチピッチの自転車用チェ
ーンであるこさが望ましい。

アーム８９により提供されるダンパは自由に伸長するが
、圧縮速度に比例する力により圧縮に抵抗する。従って
、このダンパは技術分野にて粘性ダンパとして知られて
いる。ペダル力が大きいとチェーンに張力か生し、伸長
するダンパからの抵抗を受けることなく変速比が小さく
なる。このため、変速比の低下が急速に行われる。しか
し、ペダルアームが垂直に近くなると、その有効モーメ
ントアームは零に近くなり、故に、キャリアプレート３
２．３４に加えられるトルク入力、従ってチェーン７６
の張力も零に近づく。このため、第１段の変速（ダンピ
ングを行わない）は、その最大比の位置（第１図）に復
帰する。しかし、機構は伸長したダンパを圧縮せずによ
り大きい変速比の位置に動くことは出来ない。ダンパが
急激な圧縮に抵抗することによりかかる動作が遅れ、瞬
間的なトルク入力ではなく回転中の平均的なトルク入力
に応答する変速が行われ、このため、機構の「働き」が
軽減され、全体的な効率を向上させることが出来る。

減衰力は、チェーンの下側部分に加えられる。

これは又チェーンが下部列中心点を通るときチェーンを
引つ張つり駆動スプロケットから離す働きをする。これ
はチェーンの引っ掛かりを解消し、駆動スプロケットの
歯形を臨界的でなくする。

チェーン張力アーム８９は単に単一の軸線を中心として
旋回するだけである。従って、このアームは従来の自動
変速装置に必要とされる三次元の機構よりも簡単な構造
で済む。ダンパアーム８９のその旋回軸線に対して方向
法めしたことにより、変速機がその最小比の位置にある
とき、ダンパは最も効果的となる。このことは、主ばね
８２がこの位置にあるとき最大の復帰力を作用させるた
め好ましい。このようにして、ばね力及びダンバカは共
に変速比の増大に伴って低下する。

サーボ制御装置を本発明の変速機と共に使用し、ペダル
力ではなくペダル速度を基にして変速比を制御すること
が出来る。サーボ制御装置はキャリアプレート３２．３
４、セグメント５８及びばね８２（これらは集合的に第
１の機構と称し、第７図に全体として参照符号１２０で
示す）を有する構成要素群と共に使用される。

速度計／発生装置１２２が第１の機構１２０の付近に設
けられており、適当な位置にて自転車フレーム１２に剛
性に取り付けられた固定子組立体１２４と、キャリアプ
レートと共に回転し得るようキャリアプレート３４のよ
うな第１の機構１２０に取り付けられたロータ組立体１
２６と、を備えている。発生装置１２２はペダル速度に
て作動し、ペダルの回転速度に正比例する周波数にて３
相のＡＣ信号を発生させる。整流器／調節装置モジュー
ル１３０（第８図）がこの可変の電圧／可変周波数のＡ
Ｃ信号を調節された一定電圧のＡＣ出力信号に変換し、
この出力信号が第８図のサーボ装置に使用されるパンテ
リ１３２の電荷を適正に維持する働きをする。論理モジ
ュール１３４が整流器／調節装置モジュール１３０への
ＡＣ入力信号の周波数を検出し、装置のインバータ１３
６にゲート駆動信号を提供し、該インバータ１３６がバ
ッテリ１３２からＡＣ出力を誘導し、これを３相のＡＣ
出力に変換し、所望のペダル回転速度を維持するのため
に必要な方向に従って、前方又は後方何れかに制御サー
ボモータ１３８（第６図）を駆動する。上述のサーボ装
置は完全にブラ・ソシ無し装置である。

速度計／発生装置１２２は永久磁石機械である。

固定子は典型的に打ち抜いた材料を積層させた積重ね体
である。電機子巻線が表面付近のスロ・ント内に挿入さ
れている。固定子組立体１２４は自転車のフレーム上に
て円筒状レジスタ上に単に押し付けられている。永久磁
石ロータ１２６は典型的に第７図に図示するようにばね
ピンの内側にて内側キャリアプレート３４にスボント溶
接されている。

サーボモータ１３８は第１図乃至第３図に示した実施例
のダンパ装置に代わるものである。このモータの出力軸
１３９には、長ナンド１４０に係合するねじが形成され
ている。この長ナツト１４０はピン１４６により自転車
のフレーム１２に旋回可能に取り付けられたチェーン張
力アーム１４４により担持されたピン１４２を中心とし
て旋回する。軸か反対方向に回転する場合、チェーンの
張力は低下する。変速比、即ち駆動スプロケット７２ａ
の旋回動作を変化させるのは、モータ１３８の作用であ
る。故に、軸／ナフト組立体は逆転不能であり、駆動ス
プロケット７２ａはモータにより作動されたときに限り
動く。

チェーン張力を増大させると、主ばね８２の予荷重に打
ち勝ち、第１の機構１２０をより小さい変速比及びより
高速のペダル回転速度の位置に向けて動かす。第６図乃
至第８図のサーボ装置の場合、通常のペダル力を利用し
て変速比を小さくすることが望ましくないため、第１図
乃至第３図の荷重応答性機構の場合よりもより剛性であ
るばね８２か必要とされよう。

第６図乃至第８図に示した形態のサーボ装置の欠点は摩
擦である。下方チェーンに張力が付与されるとき、比較
的小さいスプロケット７２．７２ａに沿ってチェーンを
動かすときの付加的な摩擦に打ち勝たなければならない
。このため、ライダーはより強くペダルを漕いでこの付
加的な摩擦に打ち勝つようにしなければならない。モー
タは極めて剛性なダンパとして作用するため、このサー
ボ装置の場合、チェーンのロックアツプは問題とならす
、チェーンを極めて効果的に引っ張りスプロケットから
離すことが出来る。

第１の機構１２０は約１．５対１の変速比の範囲内にて
その有効径を変化させることが出来る。これは殆との自
動変速装置の前方スプロケットに利用可能である変速比
の範囲に等しい。この機構はチェノの整合誤差を許容し
ない。このため、後輪の自動変速装置と共に使用するこ
とは出来ない。従って、全体的変速比の範囲が１．５対
１以上であることが所望である場合、後輪に設けられた
遊星回転軸装置を利用することが出来る。

サーボ制御装置の第２の実施例が第９図乃至第１１図に
図示されており、自転車のフレームに取り付けられ、ペ
ダル回転速度に正比例する周波数にて小さい論理及び制
御装置１５２にＡＣ電流を提供する速度計／発生装置１
５０（第１１図）を備えている。このＡＣ電流信号を利
用して小型バッチＩＪ　−１５４の電荷を維持する。論
理制御装置１５２及びバッテリー装置１５４は１０イン
チ３より大きくない容積を占め、ペダル付近にて自転車
フレームに固着することが出来る。

論理装置１５２は入力周波数又は電圧を検出し、入力信
号を予め設定された基準周波数又は電圧範囲と比較する
。入力値か予め設定した範囲より低い場合、論理装置１
５２はバッテリー１５４から電流を誘導し、キャリアプ
レート１５８（その２つのみ第９図に図示）上の小型電
気モータ１５６を作動させ、第１図乃至第３図について
上述したと同一の方法にてセグメント５８を担持する。

小型電気モータ１５６は励起されると、変速機の有効径
を小さくさせる。この逆に、ペダル回転速度（従って入
力出力）が６０乃至８０　ｒｐｍといった予設定された
範囲を越えると、論理装置１５２は小型電気モータ１５
６を反対方向に回転させ、変速機の有効径を大きくさせ
る。かかる論理装置１５２はライダーのペダル回転速度
をペダルの力に関係なく、６０乃至８０　ｒｐｍの好適
な速度範囲内に維持する働きをする。このように、この
サーボ装置はペダル力を利用するものより優れた制御装
置であると考えられる。

小型電気モータ１５６は、ピン１５８によりキャリアプ
レート３２にピン止めされる。各電気モータ１５６はね
し付きの出力モータ駆動軸１６２を蒋している。この軸
１６２はそれぞれの駆動スプロケット７２ａを有するセ
グメントに旋回可能に取り付けられた自在ナツト１６４
　（第９図）を通って伸長する。モータ出力軸を時計方
向に回転させると、セグメント５８はより小さい有効径
の方向に動き、軸を反時計方向に回転させるとセグメン
トはより大きい有効径の方向に動く。ねじ／ナラト機構
は逆転不能であるため、ライダーのペダル力によりセグ
メント５８に加えられる力によって径が変化することは
ない。このため、論理／制御装置１５２が作動を開始す
るまで変速比が変化することはない。

第９図乃至第１１図のサーボ装置には、ばねが全く不要
である。ライダーが代わる度にサーボ装置を調節する必
要もない。一般にライダーは、６０乃至８Ｑ　ｒｐｍの
範囲内にて快適にペダルを漕ぐことが出来る。駆動スプ
ロケット間に予荷重を作用させるばねが存在しないため
、駆動スプロケットから離れるときにチェーンが引っ掛
かる傾向は解消される。発生装置／速度計装置１５０（
第１１図）はＡＣ又はＤＣ機械の何れかとすることが出
来る。

ＤＣ機械とする場合、論理信号が電圧を検出する。

該装置１５０が永久磁石ＡＣ機械である場合、論理装置
１５２は電圧又は周波数を検出する。周波数を検出する
ようにした方がより正確であり、望ましい。第１１図に
は６台のモータが図示されているか、４．３又は２台の
モータのみを使用することも可能である。このサーボ装
置に伴う問題点は、セグメント５８と共に回転するモー
タ１５６を論理及び制御装置１５２及びバッテリー１５
４に結合するスリップリング組立体１６６（第１０図）
を使用することである。

サーボ制御装置の第３の実施例が第１２図及び第１３図
に図示されており、参照符号２００で示されている。サ
ーボ装置２００は、フレーム１２の一体部品として形成
されており、貫通して伸長するペダルクランク軸１６を
有し、該クランク軸は、第１２図に図示するように、該
クランク軸に固着されたキャリアプレート３２．３４及
びブソンユ１６を中心としてクランク軸１６に取り付け
られた歯車５４を有している。

第６図乃至第１１図に関して上述した従来のサホ装置に
おけると同様、装置２００はキャリアプレート３２．３
４（第１２図）に結合されたセグメント５８の有効径を
変化させる作用をするか、かかるセグメントは図面を簡
単にするため第１２図に図示していない。セグメント５
８の径のかかる変化はペダル力ではなくペダル回転速度
に応答して行われる。従来のサーボ装置に使用されるよ
うに、ペダル速度を検出しかつサーボモータ２０２（第
１３図）を駆動するバッテリーの電荷を維持するため発
生装置／速度計装置がフレーム１２に取り付けられる。

発生装置／速度計２０３、バッテリー２０５及び論理装
置２０７は、第１２図に略図で図示されており、ブラケ
ット２０９のような適当な方法にてフレーム１２に担持
されかつキャリアプレート３４に結合されてペダル速度
を検出する。

装置２００において、キャリアプレート３２．３４間の
歯車５４は、差動歯車を介してペダル軸１６から回転さ
れ、この差動歯車により歯車５４はサーボモータの回転
に従い、キャリアプレート３２．３４より遅く、又は等
速度にであるいはより高速に回転する。

全体的な装置は、自動車の右側車軸上の可逆歯車箱に結
合された自動車の差動装置と同様である。

駆動軸が静止状態に保持されている場合、自動車の右側
車軸を時計方向に回転させることにより、可逆歯車間の
軸が反時計方向に回転し、左側車軸か右側車軸と同一速
度にて差動状態に時計方向に回転する。駆動軸が遅（回
転する場合、左側車軸の速度は右側車軸の速度よりも速
く　（又は駆動軸の回転方向如何により遅（）なる。本
発明の変速機において、これによりチェーンスプロケッ
トの有効径が大きく又は小さくなる。

装置１０は、ペダル軸の速度にてクランク軸と共に回転
し得るようにペダルクランク軸１６にキー止めされた駆
動側部歯車２０６を有する歯車組立体を収容したハウジ
ング２０４を備えている。

機構の右側の一対のピニオン歯車２０８ａ　（その１つ
のみ第１２図に図示）がハウジング２０４（第１２図）
内にて静止キャリア２１０により支持されている。ピニ
オン歯車２０８ａはペダルクランク軸１６に取り付けら
れた駆動側部歯車２０６及び浮動側部歯車２１２とかみ
合う。この浮動側部歯車２１２は、駆動側部歯車２０６
と同一速度で反対方向に駆動される。

浮動側部歯車２１２の左側のピニオン歯車２０８ｂ（そ
の一方のみ図示）は軸受２１６によりハウジング２０４
に結合されたキャリア装置２１４に取り付けられている
。このため、キャリア装置２１４により該キャリア装置
２１４の外周のウオーム歯車２２０と常時かみ合ってい
るウオーム２１８（第１２図及び第１３図）を回転させ
ることにより、ピニオン歯車２０８ｂをクランク軸１６
を中心として回転させることが出来る。ウオーム歯車装
置であるため逆転不能である。キャリア装置２１４に作
用するトルクは、ウオーム２１８を回転させることは出
来ない。このため、サーボモタ２０２によりウオーム２
１８を回転させない限り、キャリア装置２１４が動くこ
とはない。

サーボモータ２０２が発生装置／速度計の信号により作
動されない場合、キャリア装置２１４は回転せす、左側
ピニオン歯車２０８ｂは被動側部歯車２２２をペダルク
ランク軸と同一方向にかつ同一速度にて回転させる。変
速機内のスパー歯車５４はキャリアプレート３４の湾曲
スロット２２５を通って伸長するビン２２４により被動
側部歯車２２２に接続されている。キャリアプレート３
４に対する歯車５４の最大回転角度は９０°より小さく
、このため、スロット２２５は典型的に約９０゜の円弧
状長さを有する 歯車５４及びキャリアプレート３２．３４間に相対動作
が全く行われない場合、変速機のセグメ／ト５８は第１
図に図示したその有効作用位置を維持し、これによりセ
グメントは最小及び最大径間の任意の位置に動くことか
可能となる。

しかしながら、制御装置２００はライダーのペダル速度
か予設定された好適な範囲（６０乃至８０　ｒｐｍ）以
下又は以上となったことを感知し、装置はウオーム歯車
モータ２０２を前方又は逆方自回れかに作動させる。こ
の動作によりウオーム２１８が回転し、よってキャリア
装置２１４も回転し、スパー歯車５４かペダルクランク
軸１６及びキャリアプレート３２．３４よりも速く又は
遅く回転し、変速機は有効径を変化させる。キャリアブ
レト３４に結合された発生装置／速度計２０３も又ペダ
ル軸の位置を感知するが、面駆動スプロケット７２ａか
チェーンに同時にかみ合っている回転期間中、サーボモ
ータ２０２を作動させることがない。このことは、径を
小さくするときチェーンかスプロケットから浮き上がり
、又は径を大きくするとき駆動スプロケット間にて「引
っ掛かる」のを防止するために必要なことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は最大径の状態にある変速機を示す本発明の自転
車用変速機の前方部品の側面図、第１図Ａは第１図の変
速機の後方部品の側面図、第２図は取り外された正面キ
ャリアプレート及びばね並びに中間径の状態にある変速
機を示す第１図と同様の図、 第２図Ａは自転車のクランク軸上に取り付ける方法を示
しかつ自転車のフレーム及びペダルアームを点線で示す
変速機の前方部品の断面平面図、第３図は最小径の状態
にある変速機の正面部品を示す第１図と同様の図、 第３図Ａは最小径の状態にある変速機の後方部分を示す
第１図Ａと同様の図、 第４図はセグメント上のチェーンにかみ合う駆動スプロ
ケットを示す変速機の多数のセグメントの１つの拡大側
面図、 第５図は第４図の線５−５の方向に見た第４図のセグメ
ントの断面図、 第６図は本発明の第２の実施例の変速機の後方部品を示
す第１図Ａ及び第３図Ａと同様の図、第７図は第６図に
示した変速機の前方部品を示す第２図Ａと同様の略断面
平面図、 第８図は第６図及び第７図に示した変速機の実施例と共
に使用される電気装置の略ブロック図、第９図は第１０
図及び第１１図のサーボ装置用の変速機の前方部品の側
面図、 第１０図は第９図のセグメント位置における１つのセグ
メントのサーボ装置を示す一部断面図とした略図、 第１１図は相互に平行な６つのサーボモータを示す第１
−０図のサーボ装置の略ブロック図、第１２図は速度の
関数として連続的に可変である変速機を提供するサーボ
装置の別の形態の部分手直断面図、 第１３図は第１２図の線１：３−１３に沿った断面図で
ある。 １０　変速機　　　１２　フレーム １４　ハブ　　　　１６　ペダルクランク軸１８．２０
　軸受 ２２　クランク軸伸長部 ２４．２６　ペダルクランクアーム ３０　ペダル ３２．３４　キャリアプレート ３６・外周　　　　３８　三角穴 ４Ｑ　スポーク　　４２　中央部分 ４４　穴　　　　　４５　平坦部 ４６　ブンユ（スペーサ） ４８、中央穴　　　５２．ハブ ５４　スパー歯車 ５８、セグメント ６０．６２　アーム ６６・ピン ７０・歯車歯 ７４　ピン ９９　流体シリンダ １０１　　ピストンロッド １０３　ピン　　　１０５・ばね １０７　プレート　１０９　　ピン ６８・リンク ７２　スプロケット ７６　ローラチェーン ＦＩＧ　＝９ Ｎ− コ 手 続 補 正　書（方式） 発明の名称 変速機装置 ３゜ 補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所 名　称　　グルーバー、カブラン・アント・アソシエー
ツ４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手
町ビル　２０６区 ５、補正命令の日付　　平成　２年１０月３０日　（発
送口）６、補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、変速機装置にして、 支持体と、 前記支持体上にてその軸線を中心として回転可能なクラ
   ンク軸と、 前記軸線を中心としてクランク軸と共に回転し得るよう
   に該クランク軸上に取り付けられたキャリア部材と、 動いてクランク軸に対して離接し得るようキャリア部材
   上に旋回可能に取り付けられた各一対のセグメントであ
   って、該各セグメントが、前記軸線から離間された位置
   にて取り付けられた回転可能な駆動要素を有し、該駆動
   要素は前記軸線に対して相互に直径方向に対向するよう
   に配設されている前記各一対のセグメントと、 クランク軸に対して回転可能に該クランク軸上に取り付
   けられた歯車と、を備え、前記セグメントが該歯車とか
   み合い前記セグメントの旋回動作を同期化させるための
   歯車手段を有し、 さらに、前記駆動要素に結合された無端の可撓性駆動部
   材であって、駆動要素がクランク軸に付与されるトルク
   の作用としてクランク軸方向に旋回される前記駆動部材
   と、 セグメントをクランク軸から離反する方向に偏倚させる
   手段と、 支持体に設けられかつクランク軸から離間して配設され
   、クランク軸が回転するとき、前記駆動部材の一部を張
   力状態に維持する手段と、を備えることを特徴とする変
   速機装置。２、請求項１記載の変速機装置にして、 前記各駆動要素がスプロケットである一方、前記駆動部
   材がチェーンであることを特徴とする装置。 ３、請求項１記載の装置にして、 前記偏倚手段が無端の可撓性の弾性的なばね要素と、 前記ばね要素をセグメントに結合させるピン手段と、を
   備えることを特徴とする装置。 ４、フレーム、中央ハブ及び後方スプロケットを有する
   自転車用変速機装置にして、 自転車の中央ハブに取り付け得るようにした回転可能な
   クランク軸であって、各端にペダルアームが取り付けら
   れた一対の両端を有する前記クランク軸と、 共に回転可能であるように、クランク軸上に取り付けら
   れた離間した略平行な一対のキャリアプレートと、 一対の駆動スプロケットと、 各駆動スプロケットに対してキャリアプレート間に設け
   られ、各々がその外周付近にてそれぞれのキャリアプレ
   ートに旋回可能に結合された各一対のセグメントであっ
   て、各対のセグメントがセグメント間に設けられかつそ
   れぞれの対のセグメントの回転軸線からキャリアプレー
   トに対し離間した位置にて、該セグメントに回転可能に
   取り付けられたそれぞれの駆動スプロケットを有する前
   記各一対のセグメントと、 クランク軸の軸線を中心として該クランク軸に対し回転
   可能であるように該クランク軸に結合され得るようにし
   た歯車と、を備え、前記セグメントがクランク軸に結合
   された該歯車にかみ合い、キャリアプレート上において
   セグメントの旋回動作を同期化させるための歯車手段を
   有し、 さらに、キャリアプレートがクランク軸の影響下、連続
   的に動きスプロケットに対し結合された関係になり得る
   無端の可撓性チェーンであって、自転車の後方スプロケ
   ットに結合され得るようにした前記チェーンと、を備え
   、前記セグメントが、クランク軸上における要求トルク
   が増大するのに伴い、クランク軸に向けて内方に動き得
   るようにされ、 さらに、セグメントをクランク軸から離反する方向に偏
   倚させる手段と、 その後方スプロケット付近にて自転車のフレームに結合
   され得るようにした線形ダンパであつて、クランク軸が
   回転するとき、チェーンの一部分を張力状態に維持する
   作用をする前記線形ダンパと、を備えることを特徴とす
   る変速機装置。 ５、変速機装置にして、 支持体と、 前記支持体上にてその軸線を中心として回転可能なクラ
   ンク軸と、 前記軸線を中心としてクランク軸と共に回転し得るよう
   に該クランク軸上に取り付けられたキャリア部材と、 動いてクランク軸に対し離接し得るようキャリア部材上
   に旋回可能に取り付けられた一対の離間したセグメント
   であって、該各セグメントが前記軸線から離間された位
   置にて該セグメントに取り付けられた回転可能な駆動要
   素を有する前記一対のセグメントと、 クランク軸に対し回転可能に該クランク軸上に取り付け
   られた歯車と、を備え、前記セグメントが該歯車とかみ
   合う 歯車手段を有し、 さらに、駆動要素に結合された無端の可撓性駆動部材で
   あって、該駆動要素がクランク軸の前記支持体に対する
   移動の作用としてクランク軸方向に旋回される前記駆動
   部材と、 セグメントをクランク軸から離反する方向に偏倚させる
   手段と、 支持体に設けられかつクランク軸から離間して配設され
   、クランク軸が回転するとき、駆動部材の一部を張力状
   態に維持する手段と、を備えることを特徴とする変速機
   装置。 ６、請求項５記載の装置にして、 前記駆動要素がクランク軸、よって前記キャリア部材に
   加えられるトルクの作用としてクランク軸方向に旋回さ
   れることを特徴とする装置。 ７、請求項５記載の装置にして、 前記支持体に対するクランク軸の回転速度の作用として
   駆動要素をクランク軸方向に旋回させる作用可能なサー
   ボ装置を備えることを特徴とする装置。 ８、請求項７記載の装置にして、 前記サーボ装置がクランク軸上に取り付けられた歯車組
   立体であって、該組立体の１つの要素がクランク軸上に
   て回転可能である前記歯車組立体と、 前記１つの要素を歯車に結合し所定の角度にて歯車を回
   転させ、これにより、クランク軸に対してセグメントを
   離接させる手段と、 前記１つの要素に結合されてクランク軸上にて該要素を
   回転させるサーボモータと、を備えることを特徴とする
   装置。 ９、請求項８記載の装置にして、 前記歯車組立体が、 軸に対し該軸と共に回転し得るよう結合された第１の駆
   動側歯車と、 前記駆動側歯車に結合された一対のピニオン歯車と、 クランク軸を中心として回転可能であるよう前記ピニオ
   ン歯車を取り付けるキャリアと、前記ピニオン歯車とか
   み合う第２の駆動側部歯車を有する前記要素と、 サーボモータをキャリアに結合させかつキャリアを回転
   させ、これによりピニオン駆動歯車を所定の円弧内にて
   回転させて軸上の歯車を回転させる手段と、を備えるこ
   とを特徴とする装置。