JPH06234388A

JPH06234388A - 自転車用変速装置

Info

Publication number: JPH06234388A
Application number: JP2281793A
Authority: JP
Inventors: Sadao Mabuchi; 貞雄馬淵; Toru Fujikura; 透藤倉
Original assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1993-02-10
Publication date: 1994-08-23

Abstract

(57)【要約】【目的】小型・軽量で耐久性が優れ、かつ変速操作が
容易確実な自転車用変速装置を提供すること。【構成】自転車フレームのハンガ部に挿通して回転自
在に支持したクランク軸６の一端にキャリア20を固定
し、このキャリア20の同一円周上にそれぞれ歯数の異な
る歯車を一体に形成した複数個の遊星歯車22を回転自在
に軸着する。この遊星歯車22の内側に、太陽歯車18とス
プロケット17を一体的に形成した従動回転体16を前記遊
星歯車22の一つと噛合するように設け、前記遊星歯車22
の外側に、遊星歯車と噛合する複数個の内歯歯車24，25
をそれぞれ独立して回転自在に並設する。その外周を覆
うギヤケース19を自転車フレームに固定して設け、前記
内歯歯車24, 25とギヤケース19の間にそれぞれ一方向ク
ラッチＣ₂を介在させて、これら各一方向クラッチの一
つを選択的に接続できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自転車のクランク軸部
に設ける遊星歯車機構付きの自転車用変速装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】自転車用変速装置として現在多用されて
いるものは、多段のスプロケット間に掛け渡したチェー
ンをディレーラーを介して掛け替える所謂外装変速機で
ある。この他に、後輪のハブ内に変速機構を内蔵した所
謂内装変速機もあるが、多用されてはいない。更に、ク
ランク軸部に遊星歯車機構を組み込んだ変速装置として
は、例えば本出願人が先に提案した特開昭62-99293号公
報に開示されたものがあり、また特開平1-266089号公報
や実開昭50-26547号公報に開示されているような遊星歯
車機構と外装変速機とを組み合わせる方式のものも提案
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記特開昭62
-99293号の変速装置と同様にクランク軸部に遊星歯車機
構を組み込む変速装置に関するものであり、前記従来装
置の問題点を解決してより優れた変速装置を提供するこ
とを目的とするものである。すなわち、本出願人が提案
した前記特開昭62-99293号の変速装置は、一般に使用さ
れている多段の外装変速機と異なり、いずれの変速段に
おいてもクランク軸と直交する直線状の伝達経路によっ
て伝動が行われるので、チェーンやスプロケットに無理
な力がかからず、効率のよい、耐久性の優れた自転車用
変速装置としてユーザーに提供されている。

【０００４】しかしながら、前記従来装置には下記のよ
うな問題点があることが分かった。すなわち、該装置に
おける変速用の一方向クラッチは、太陽歯車の内周部に
設ける構成としているので、軸心からの距離が非常に近
いためにクランクアームに対するてこ比が大きくなり、
その結果、ペダルに踏力を加えると、これらの一方向ク
ラッチに大きな荷重がかかるため、一方向クラッチを構
成しているラチェットや爪等の耐久性を損なうという問
題があり、且つ踏力が加わっている状態で変速操作をす
る場合には変速操作が重くなるということが分かった。

【０００５】又、特開平1-266089号公報や実開昭50-265
47号公報（前者は２枚のスプロケットが図示されている
が後者には変速方法は明示されていない）に提案されて
いるような機構のもの、すなわち遊星増速機構の出力側
に複数列のスプロケットを有し、外装変速機（ディレー
ラー）によってチェーンを掛け替えて変速する機構のも
のは、外装変速機を必要としたり、複数のスプロケット
を設ける必要があるため、これが重量の増加やコストア
ップの要因となっていた。またこれらの装置はチェーン
が斜めに掛け渡される構造であるから、チェーンやスプ
ロケットがこじられるという問題があり、加えて遊星歯
車が片持ち構造となっているので、これが効率や耐久性
の低下を招いていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために本発明においては、自転車フレームのハンガ部に
挿通して回転自在に支持したクランク軸の一端にキャリ
アを固定し、このキャリアの同一円周上にそれぞれ歯数
の異なる歯車を一体に形成した複数個の遊星歯車を回転
自在に軸着し、この遊星歯車の内側に、太陽歯車とスプ
ロケットを一体的に形成した従動回転体を前記遊星歯車
の一つと噛合するように設け、前記遊星歯車の外側に、
該遊星歯車と噛合する複数個の内歯歯車をそれぞれ独立
して回転自在に並設し、その外周を覆うギヤケースを自
転車フレームに固定して設け、前記内歯歯車とギヤケー
スの間にそれぞれ一方向クラッチを介在させて、これら
各一方向クラッチの一つを選択的に接続できるようにし
て自転車用変速装置を構成する。

【０００７】また前記した一方向クラッチとして、前記
内歯歯車の外周にラチェット歯を刻設すると共に、前記
ギヤケースの外周に開口部を設け、そこに位相の異なる
複数個のカムと、該カムに連動する爪を回動自在に軸着
した爪台を固定し、操作ワイヤーを操作することにより
前記カムを回転させて前記爪の一つを選択的に接続でき
るようにしてもよい。

【０００８】また前記自転車用変速装置のクランク軸部
と前記従動回転体との間に一方向クラッチを設けるよう
にしてもよく、その一方向クラッチとして、前記従動回
転体の内周にラチェット歯を刻設すると共に、それと対
向する前記クランク軸の外周に爪胴を設け、該爪胴の外
周に爪を配設し、該爪をばねによって前記ラチェットに
係合させるようにしてもよい。

【０００９】また前記自転車用変速装置のクランク軸に
固定したキャリアと従動回転体の間に一方向クラッチを
設けるようにしてもよく、その一方向クラッチとして、
前記従動回転体の外周にラチェット歯を刻設すると共
に、それと対向するキャリアの内周に爪を配設し、該爪
をばねによって前記ラチェットに係合させるようにして
もよい。

【００１０】

【作用】上述のように本発明によれば、従来装置のよう
に複数スプロケットや、チェーンをそれに掛け替える為
の外装変速機を必要としないのでコストや重量を抑える
ことができる。また本発明装置は遊星増速機構を構成し
ているので、装置自体の外形を小さく抑えることができ
ると共に、コンパクトで且つ軽量になって外観的にも優
れ、その上に自転車の乗り降りがスムーズになり安全で
ある。また本発明装置は、いずれの変速段においてもク
ランク軸と直交する直線状の伝達経路によって力の伝達
が行なわれ、しかも伝動部材は両持ち構造であるから、
各歯車の伝達効率が優れている上に、強度的にも無理の
ない構造であるため耐久性が優れている。

【００１１】また本発明においては、変速用の一方向ク
ラッチを装置外周部に設ける構造とした結果、軸心から
一方向クラッチまでの距離が遠くなったので、一方向ク
ラッチにかかる踏力によるトルクが小さくなり、このた
め一方向クラッチを構成しているラチェットや爪の耐久
性が向上すると共に、踏力が加わっている状態での変速
操作も軽くなる。また本発明装置によれば、変速操作レ
バーを操作して操作ワイヤーを引いたり戻したりするだ
けで一方向クラッチを選択して変速操作を行なうことが
できるので、変速操作が簡単で且つ確実に変速できる。

【００１２】また本発明装置において、クランク軸と従
動回転体との間、またはクランク軸に固定したキャリア
と従動回転体との間に一方向クラッチを設ければ、この
変速装置内で１：１の伝動が可能になる上に、たとえ変
速爪が壊れても、急に空転したりして、事故を起こすお
それがなくなるため安全である。

【００１３】

【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（図２
参照）は立パイプ、３はチェーンステー、４（図１参
照）はハンガパイプ、５はハンガパイプ４に固着したハ
ンガワン、６はハンガパイプ４に挿通してハンガワン
５、ボールベアリング７、および玉押し用スリーブ８を
介して回転自在に設けたクランク軸、９はクランク軸６
に嵌着したクランクアーム、10はクランクアーム９をク
ランク軸６に嵌着させるための座金付ナットである。

【００１４】図１および図２は、本発明の第１実施例を
示すもので、本実施例においては、前記ハンガパイプ４
の図１における右側端を切欠して短かくすると共に、ハ
ンガワン５の右側端部をハンガパイプ４より突出させ
て、その外周部にねじ５ａを形成する。また円板の中心
ボス部にねじ孔11ａを有すると共に、円板の外周部に折
曲縁部11ｂを有するスプロケットカバー11を形成し、前
記ねじ孔11ａをねじ５ａに螺合すると共に、リングナッ
ト12をねじ５ａに螺合してスプロケットカバー11を固着
する。

【００１５】また中空円筒体の外周面の中央に複数（本
実施例では２個）の爪13の基部を枢支すると共に、その
先端部を外方へ回動するように付勢したばね（図示せ
ず）を有する爪胴14を、前記クランク軸６の右側突出部
６ａに螺合して固着し、この爪胴14の外周に２個の軸受
15を介して従動回転体16を回転自在に嵌装する。この従
動回転体16は中空円筒体の内側端にスプロケット17を有
すると共に、外側端に太陽歯車18を有しており、中空円
筒体の内周面の中央部には、前記爪13と対応するラチェ
ット歯16ａが形成されている。すなわちこのラチェット
歯16ａと前記爪13によって一方向クラッチＣ₁を構成す
る。

【００１６】また前記従動回転体16の中空円筒部を外包
する円環状部19ａと、その外周部に折曲縁部19ｂを有す
るギヤケース19を前記スプロケットカバー11の外側に固
定して設け、他方、右側のクランクアーム９の基部に段
付き円板状のキャリアホルダー９ａを一体に形成し、こ
のキャリアホルダー９ａの段部９ｂの外周に中空円板状
のキャリア20を嵌合して固着する。

【００１７】またキャリア20には、円周等分位置に複数
個（本実施例では３個）の軸21を突設し、それぞれ歯数
の異なる複数個（本実施例では２個）の歯車22ａ，22ｂ
を一体的に形成した複数個（本実施例では３個）の遊星
歯車22を、前記軸21にそれぞれ回転自在に嵌合し、軸21
の突出端部にリング状の補強板23を嵌着する。

【００１８】また前記した３個の歯車22ａとそれぞれ噛
合する内歯歯車24と、前記した３個の歯車22ｂとそれぞ
れ噛合する内歯歯車25とを、前記ギヤケース19内にそれ
ぞれ回転自在に設け、これら各内歯歯車24，25の外周に
それぞれラチェット歯24ａ，25ａを形成する。なお図２
中の26は、３個の遊星歯車22ａ間のキャリア20からの突
出部材で、ボルト27は補強板23を固定するものである。

【００１９】また前記ギヤケース19の外周に開口部19ｃ
を設け、図５に示すように、位相の異なる複数個（本実
施例では２個）のカム28，29を軸30によって枢支すると
共に、これらのカム28，29と連動して前記ラチェット歯
24ａ，25ａと係脱する爪31，32を軸33に枢支した爪台34
を、前記ギヤケース19の開口部19ｃを覆うように設け、
これらの爪31，32とラチェット歯24ａ，25ａによって一
方向クラッチＣ₂を構成する。図中35は爪31，32をラチ
ェット歯24ａ，25ａに係合させるように付勢するばね、
36は軸30に固着したレバー、37はこのレバー36にボルト
38を介して接続した操作ワイヤー、39は軸30に嵌装した
戻しばねであり、40は前記キャリア20の外周に設けたオ
イルシールである。

【００２０】また図３および図４は、本発明の第２実施
例を示すもので、図中前記符号と同一の符号は同等のも
のを示す。この第２実施例は前記した第１実施例とほぼ
同じであるが、第１実施例においてクランク軸６と従動
回転体16との間に設けた一方向クラッチを、第２実施例
ではキャリア20と従動回転体16との間に設けている。

【００２１】この第１実施例との相違点のみを説明すれ
ば次の通りである。すなわち第２実施例においては、ス
プロケット17を有する従動回転体16と、太陽歯車18とを
一体的に結合したものを２個の軸受15を介してクランク
軸６の右側突出部６ａに直接嵌装し、他方キャリア20と
軸21を介して一体に結合したリング状の補強板23の厚さ
を増大し、この補強板23の内周部に複数個（本実施例で
は２個）の爪13の基部13ａを枢支すると共に、この爪13
の先端部をばね（図示せず）によって、従動回転体16の
外周に形成したラチェット歯16ａに押し付けるように付
勢して一方向クラッチＣ₃を構成する。

【００２２】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。変速操作装置（図示せず）を操作し
て、操作ワイヤー37を図６(a) の矢印Ｅの方向に最大限
まで引っ張ると、爪とラチェット歯の関係は図６(a) の
状態になる。すなわちこの場合、カム28，29の作用によ
って爪31，32がいずれもラチェット歯24ａ，25ａから外
れているので、この部分の一方向クラッチＣ₂は断の状
態になっている。

【００２３】この状態でクランクアーム９を図２の矢印
Ｆの方向に回転させると、第１実施例の場合はクランク
軸６および一方向クラッチＣ₁を介して従動回転体16が
スプロケット17と共に矢印Ｆの方向に１：１で回転し
て、チェーン（図示せず）を介して自転車の後輪を駆動
する。これがローの状態である。

【００２４】この場合クランクアーム９と共に、キャリ
ア22，軸21を介して各遊星歯車22も矢印Ｆの方向に公転
するが、内歯歯車24，25がいずれもフリーの状態である
から、結局この遊星歯車機構は太陽歯車18と噛合した状
態で、クランク軸６と共に一体的に回転する。

【００２５】また第２実施例の場合は、クランクアーム
９の回転によって、キャリア20，軸21，補強板23が共に
回転し、この補強板23と従動回転体16との間に設けた一
方向クラッチＣ₃を介して、スプロケット17に１：１の
回転が伝えられる。その他の作用は第１実施例の場合と
同様である。

【００２６】つぎに図６(a) の状態から操作ワイヤー37
を矢印Ｇの方向に一段ゆるめると、カム28とばね35の作
用によって爪31がラチェット24ａと係合する。従って内
歯歯車24とギヤケース19とが結合する。この状態でクラ
ンクアーム９を図２の矢印Ｆの方向に回転させると、ク
ランク軸６、キャリア20、軸21を介して遊星歯車22が図
２の矢印Ｈの方向に公転する。

【００２７】この場合、内歯歯車24のみが一方向クラッ
チＣ₂によって矢印Ｆ方向の回転を阻止されているた
め、この内歯歯車24と噛合している遊星歯車22ａが矢印
Ｉの方向に自転する。また遊星歯車22ｂは遊星歯車22ａ
と一体的に形成されており、且つ遊星歯車22ｂは内歯歯
車25と噛み合ってはいるものの内歯歯車25は自由に回転
できるので遊星歯車22ａと同方向、同角速度で自転す
る。従って遊星歯車22ｂと噛合している太陽歯車18は矢
印Ｊ方向に増速されて回転する。この回転によって太陽
歯車18と一体的に形成されたスプロケット17が回転する
からチェーンを介して自転車が走行する。

【００２８】つぎに前記した図６(b) の状態から操作ワ
イヤー37を矢印Ｋの方向にさらに一段ゆるめると、カム
28，29とばね35の作用によって爪32がラチェット25ａと
係合すると共に、爪31がラチェット24ａから外れる。従
って内歯歯車25とギヤケース19とが結合する。この状態
でクランクアーム９を図２の矢印Ｆの方向に回転させる
と、クランク軸６，キャリア20，軸21を介して遊星歯車
22が図２の矢印Ｈの方向に公転するが、この場合内歯歯
車25が一方向クラッチＣ₁，Ｃ₃によって矢印Ｆ方向の
回転を阻止されているため、この内歯歯車25と噛合して
いる遊星歯車22ｂが矢印Ｉの方向に自転して、この遊星
歯車22ｂと噛合している太陽歯車18およびそれと一体の
スプロケット17が矢印Ｊの方向に前回よりさらに増速さ
れて回転することになる。

【００２９】逆に減速する場合は、図６の操作ワイヤー
37を図６(c) の矢印Ｌの方向に引っ張って、レバー36を
図６において(c) →(b) →(a) のように順に操作すれば
良い。

【００３０】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、従来装置
のように複数のスプロケットや、チェーンをそれに掛け
替える為の外装変速機を必要としないのでコストや重量
を抑えることができる。また本発明装置は遊星増速機構
を構成しているので、装置自体の外形を小さく抑えるこ
とができると共に、コンパクトで且つ軽量になって外観
的にも優れ、その上に自転車の乗り降りがスムーズにな
り安全である。また本発明装置は、いずれの変速段にお
いてもクランク軸と直交する直線状の伝達経路によって
力の伝達が行なわれ、しかも伝動部材は両持ち構造であ
るから、各歯車の伝達効率が優れている上に、強度的に
も無理のない構造であるため耐久性が優れているという
効果が得られる。

【００３１】また本発明においては、変速用の一方向ク
ラッチを装置外周部に設ける構造とした結果、軸心から
一方向クラッチまでの距離が遠くなったので、一方向ク
ラッチにかかる踏力によるトルクが小さくなり、このた
め一方向クラッチを構成しているラチェットや爪の耐久
性が向上すると共に、踏力が加わっている状態での変速
操作も軽くなる。また本発明装置によれば、変速操作レ
バーを操作して操作ワイヤーを引いたり戻したりするだ
けで一方向クラッチを選択して変速操作を行なうことが
できるので、変速操作が簡単で且つ確実に変速できると
いう効果が得られる。

【００３２】また本発明装置において、クランク軸と従
動回転体との間、またはクランク軸に固定したキャリア
と従動回転体との間に一方向クラッチを設ければ、この
変速装置内で１：１の伝動が可能になる上に、たとえ変
速爪が壊れても、急に空転したりして、事故を起こすお
それがなくなるため安全であるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の変速装置部を図２のＡ−
Ａ線による断面で示す横断平面図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ線による断面矢視図である。

【図３】本発明の第２実施例の変速装置部を図４のＣ−
Ｃ線による断面で示す横断平面図である。

【図４】図３のＤ−Ｄ線による断面矢視図である。

【図５】本発明装置において使用する２個のカムの斜視
図である。

【図６】(a)(b)(c) は、本発明に係る変速切換操作の説
明図である。

【符号の説明】

１メインパイプ２立パイプ３チェーンステー４ハンガパイプ５ハンガワン６クランク軸７ボールベアリング８玉押し用スリーブ９クランクアーム 10 座金付ナット 11 スプロケットカバー 12 リングナット 13 爪 14 爪胴 15 軸受 16 従動回転体 17 スプロケット 18 太陽歯車Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃ 一方向クラッチ 19 ギヤケース 20 キャリア 21 軸 22，22ａ，22ｂ遊星歯車 23 補強板 24，25 内歯歯車 24ａ，25ａラチェット歯 26 突出部材 27 ボルト 28，29 カム 30 軸 31，32 爪 33 軸 34 爪台 35 ばね 36 レバー 37 操作ワイヤー 38 ボルト 39 戻しばね 40 オイルシール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自転車フレームのハンガ部に挿通して回
転自在に支持したクランク軸の一端にキャリアを固定
し、このキャリアの同一円周上にそれぞれ歯数の異なる
歯車を一体に形成した複数個の遊星歯車を回転自在に軸
着し、この遊星歯車の内側に、太陽歯車とスプロケット
を一体的に形成した従動回転体を前記遊星歯車の一つと
噛合するように設け、前記遊星歯車の外側に、遊星歯車
と噛合する複数個の内歯歯車をそれぞれ独立して回転自
在に並設し、その外周を覆うギヤケースを自転車フレー
ムに固定して設け、前記内歯歯車とギヤケースの間にそ
れぞれ一方向クラッチを介在させて、これら各一方向ク
ラッチの一つを選択的に接続できるようにしたことを特
徴とする自転車用変速装置。
【請求項２】請求項１記載の一方向クラッチとして、
前記内歯歯車の外周にラチェット歯を刻設すると共に、
前記ギヤケースの外周に開口部を設け、そこに位相の異
なる複数個のカムと、該カムに連動する爪を回動自在に
軸着した爪台を固定し、操作ワイヤーを操作することに
より前記カムを回転させて前記爪の一つを選択的に接続
できるようにしたことを特徴とする自転車用変速装置。
【請求項３】請求項１記載のクランク軸部と前記従動
回転体との間に一方向クラッチを設けたことを特徴とす
る自転車用変速装置。
【請求項４】請求項３記載の一方向クラッチとして、
前記従動回転体の内周にラチェット歯を刻設すると共
に、それと対向する前記クランク軸の外周に爪胴を設
け、該爪胴の外周に爪を配設し、該爪をばねによって前
記ラチェットに係合させるようにして一方向クラッチと
したことを特徴とする自転車用変速装置。
【請求項５】請求項１記載のクランク軸に固定したキ
ャリアと従動回転体の間に一方向クラッチを設けたこと
を特徴とする自転車用変速装置。
【請求項６】請求項５記載の一方向クラッチとして、
前記従動回転体の外周にラチェット歯を刻設すると共
に、それと対向するキャリアの内周に爪を配設し、該爪
をばねによって前記ラチェットに係合させるようにして
一方向クラッチとしたことを特徴とする自転車用変速装
置。