JPH07246976A - 変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ピニオンとラック歯との噛合いを円滑とする。 【構成】静止部材に可回転に枢支される被動ケース２
と、被動ケース２の回転中心線ＣＬと平行に配され、か
つ回転中心線ＣＬと直交する向きに偏位手段３を用いて
移動しうる駆動軸４とを具えるとともに、被動ケース２
に、回転中心線の両側で向き合って平行にのびる複数対
のレール部５を回転中心線方向に並べて設け、このレー
ル部間を夫々移動し、しかも２つの向き合う内辺７を有
する開口部６を具えたスライド枠９を夫々配し、かつス
ライド枠９の向き合う内辺７にラック歯１０とカム面１
１とを並べて設ける一方、前記駆動軸４に、ピニオン１
２と、各スライド枠９のカム面１１にともに接触しこの
スライド枠９を案内することにより、ピニオンに噛合す
るラック歯を、ピニオンに噛合う仮想内歯車ピッチ円に
近似する軌跡で移動させるカム板１３とを有する変速装
置であって、ラック歯１０は、互いに離間する向きに移
動できかつ近接する向きに付勢されたことを特徴とする
変速装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ピニオンとラック歯と
の噛合いを円滑としうる変速装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明者が特公昭３７−５４６２号公報
によって提案した変速装置は、例えば図２２に示すごと
く、回転自在な被動ケースａと、この被動ケースａの回
転中心線と平行に配され、かつ回転中心線と直交する向
きに偏位手段ｂを用いて移動自在に支持される駆動軸ｃ
とを具える。

【０００３】前記被動ケースａは、その回転中心線の両
側で向き合って、平行にかつ回転中心線と直交する面内
をのびる２対のレール部ｄ１、ｄ１、ｄ２、ｄ２を具え
る。又このレール部ｄ１、ｄ２の中間線ｒ１、ｒ２は、
等間隔の９０°で交わるとともに、レール部間にはスラ
イド枠ｅ、ｆを移動可能に装着している。

【０００４】このスライド枠ｅ、ｆは、２つの内側に向
き合う内辺を有する開口部ｇを形成し、この各向き合う
内辺にラック歯ｈと、このラック歯と平行なカム面ｉを
並べている。

【０００５】又前記駆動軸ｃには、スライド枠ｅ、ｆの
ラック歯ｈに噛合しうる１対のピニオンｊを固定すると
ともに、前記向き合うカム面ｉにともに接触するカム板
ｋを偏心させて可回転に保持する。

【０００６】偏位手段ｂは、ねじ軸ｍと、このねじ軸ｍ
に螺着するとともに摺動軸ｏにて回転を規制された摺動
板ｐとを具え、この摺動板ｐに駆動軸ｃを回転自在に枢
支している。なお摺動板ｐには前記カム板ｋの回転を阻
止するピンｎが取付けられる。

【０００７】然して、この変速装置は、駆動軸ｃのカム
板ｋをスライド枠ｅ、ｆのカム面に、又ピニオンｊを１
対のラック歯の一方のラック歯ｇに噛合させることによ
り、ピニオンｊに噛合するラック歯ｇの移動に伴い、ス
ライド枠ｅ、ｆを移動させ、前記レール部を介してトル
クを伝達し被動ケースａを回転させる。

【０００８】このとき、カムｋは、スライド枠ｅ、ｆの
ラック歯ｇを、このラック歯ｇと、前記ピニオンｊとが
噛合う仮想内歯車のピッチ円の付近を通る軌跡で移動さ
せるのに役立つ。さらに前記偏位手段ｂのねじ軸ｍを回
動させることによりピニオンｊの位置を変え、かつカム
ｋはその変化した位置、即ち半径が異なるピッチ円上で
ラック歯ｇを移動させる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来技術にあっては、スライド枠ｅ、ｆのいずれか一方の
ラック歯ｈから他方のスライド枠のラック歯ｈへの噛合
いが移行する際などに、ラック歯と、ピニオンとの歯す
じが一致しないと衝撃や駆動軸に大きなねじりモーメン
トを生じ、騒音や故障の原因となり好ましくない。

【００１０】又この変速装置では、駆動軸ｃが回転を停
止した場合には、被動ケースａから動力を得ることがで
きず、しかもピニオンｊとラック歯ｈの噛合部に大きな
力が生じ、歯の欠けの原因となる。

【００１１】本発明は、ラック歯を互いに離間する向き
に移動させることを基本として前記問題点を解決しうる
変速装置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、静止部材に回
転自在に枢支される被動ケースと、被動ケースの回転中
心線と平行に配され、かつ回転中心線と直交する向きに
偏位手段を用いて移動自在に支持される駆動軸とを具え
るとともに、前記被動ケースに、前記回転中心線の両側
で向き合って平行にかつ回転中心線と直角な面内をのび
る複数対のレール部を回転中心線方向に並べて設け、し
かも、前記回転中心線方向に並ぶ各レールと平行な前記
回転中心線と交わる交線は互いに等角度で交わるととも
に、前記向き合うレール部間に、このレール部に案内さ
れることにより回転中心線と直交しかつ等角度をなす向
きに夫々移動し、しかも２つの向き合う内辺を有する開
口部を具えたスライド枠を夫々配し、かつスライド枠の
前記各向き合う内辺にラック歯とこのラック歯のピッチ
線と平行なカム面とを並べて設ける一方、前記駆動軸
に、この駆動軸と一体に回転しかつスライド枠の向き合
う一方の内辺の前記ラック歯に噛合しうるピニオンと、
各スライド枠の向き合う内片のカム面にともに接触しこ
のスライド枠を案内することにより、ピニオンに噛合す
るラック歯を移動に伴いこのラック歯が前記ピニオンに
噛合う仮想内歯車ピッチ円に近似する軌跡で移動させる
カム板とを有する変速装置であって、ラック歯は、互い
に離間する向きに移動できかつ近接する向きに付勢され
たことを特徴とする変速装置である。

【００１３】

【作用】ラック歯は、駆動軸に取付けられるピニオンと
の噛初めに生じがちな歯先の衝合、噛合ピッチの不良、
噛込みなどに際してピニオンから逃げるとともに、互い
に接近する向きに付勢されていることにより、噛合が良
好な時には、動力伝達時の逃げを減じ動力損失を低減す
る。

【００１４】又駆動軸の回転を停止させたときには、被
動ケースからスライド枠が駆動され、ラック歯はピニオ
ンとの衝合に際して、外向きに滑らかに引込み逃げるこ
とができ、いわゆるラック歯がラチェットとして機能す
ることにより被動ケースからの動力を得るとともに、噛
合部に大きな力が作用するのを防止しうる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づき説明す
る。本発明の変速装置１は、静止部材Ｓに、回転自在に
枢支される被動ケース２と、被動ケース２の回転中心線
ＣＬと平行に配され、かつ回転中心線ＣＬと直交する向
きに偏位手段３を用いて移動自在に支持される駆動軸４
とを具え、本実施例では変速装置１は、静止部材Ｓによ
り図２１に示すごとく自転車Ｍの車体に取付けられ、そ
の後輪３２の一部をなす変速装置として用いられてい
る。

【００１６】又本例では、自転車ＭのペタルＰにより与
えられるクランクアームのトルクは、図１に示す入力筒
２０を、図の上から見て時計方向の向きに回転させる回
転トルクを与えるとする（なお本例において、時計方
向、反時計方向とは、図１において、図の上から見て回
転中心線ＣＬを中心として時計回転の方向、反時計回転
の方向を意味する）。

【００１７】被動ケース２は、本実施例では円筒状をな
す筒部２Ａと、この筒部２Ａの両端を閉じる円板状の蓋
部２Ｂ、２Ｃとから構成され、前記筒部２Ａには、その
外周面を周回する１対のつば部２Ｄが形成されている。

【００１８】なお、前記静止部材Ｓは、本実施例では、
自転車Ｍの車体Ｆに固定される両側の固定軸２９をな
し、かつ被動ケース２は、蓋部２Ｂでは、一方の固定軸
２９に可回転に外挿される入力手段としての入力筒２０
を介して回転中心線ＣＬ回りで回転自在に支承されてい
る。なお他方の蓋部２ＣにはブレーキドラムＢＤが固定
され、かつ他方の固定軸２９で可回転に支持される。

【００１９】又前記つば部２Ｄには、複数本のスポーク
３１を介してリム、空気入りタイヤを夫々装着すること
により自転車の後輪３２を構成している。

【００２０】この被動ケース２は、図１、図６に示すよ
うにその回転中心線ＣＬの両側で向き合って平行に、か
つ回転中心線ＣＬと直交する面内をのびる複数対のレー
ル部５、本実施例では３対のレール部５ａ〜５ｃを、回
転中心線ＣＬの方向に並べて配設している。

【００２１】レール部５は、本実施例では、筒部２Ａの
内周面と等しい径を有する円弧片１６の直線部で一体に
かつ直角に折り曲げられた折曲げ片１４を有するレール
金具１５を用いて形成し、このレール金具１５の折曲げ
片１４を互いに平行に向き合わせることによりレール部
５が構成される。

【００２２】又、前記回転中心線方向に並ぶ各レール部
５と平行かつ回転中心線に交わる交線は、互いに等角
度、本例では１２０°の角度で交わるように位置決めさ
れる。又レール金具１５、１５は、前記筒部２Ａの内周
面に６０度の等ピッチで６つ設けられた取付部Ｔ１と、
スペーサＴ２とを用いて前記等角度でしかも回転中心線
方向に夫々並んでボルト止めされる。

【００２３】さらに、この各レール部５ａ〜５ｃには、
前記回転中心線ＣＬと直交する向きにこのレール部５に
より案内され移動するスライド枠９が配される。

【００２４】スライド枠９は、図６に示すごとく、本例
では一対の枠板３３、３４と、この枠板３３、３４間の
四隅に枢支されたローラ３５…とを具え、このローラ３
５が前記レール部５ａ〜５ｃを転動する。

【００２５】又前記枠板３３、３４には、夫々中抜きの
開口部６が形成され、かつこの開口部６の前記レール部
５と直交する方向の向き合う各内辺７には、この内辺７
と平行なおピッチ線を有しかつ互いに向き合う各ラック
歯１０が設けられるとともに、この内辺７によってラッ
ク歯１０と平行なカム面１１が形成される。

【００２６】前記ラック歯１０は、本実施例では、上下
面に突出する左右一対の突部３７を形成し、この突部３
７を枠板３３、３４夫々に形成された斜溝３９に挿入し
て斜めにスライド自在に支承される。この斜溝３９によ
ってラック歯１０が前記駆動軸４に取付けられるピニオ
ン１２Ａ〜１２Ｃ（図５に示す）との噛初めに生じがち
な歯先の衝合、噛合ピッチの不良、噛込みなどに際して
逃げるとともに、斜溝３９は、ラック歯１０側から離れ
るに従って反時計方向の位置となる向きにラック歯１０
のピッチ線に対して６０〜８５°の角度をなす程度に傾
くことにより、動力伝達時の逃げを減じ動力損失を低減
する。

【００２７】さらに自転車Ｍが坂道を下るときなど、ペ
タルを停止させ（即ちピニオン１２Ａ〜１２Ｃを停止
し）、後輪によって被動ケース２からスライド枠９が駆
動されるときには、前記ラック歯１０は、前記所定向き
の斜溝３９によって、ピニオン１２Ａ〜１２Ｃとの噛衝
合に際して、外向きに滑らかに引込み逃げることがで
き、いわゆるラック歯１０がラチェットとして機能す
る。

【００２８】又ラック歯１０は、このラック歯に形成さ
れた溝部４０を周回するバネ４１により常時、互いに接
近する方向に付勢され、歯先部を前記カム面１１から内
方に突出する。

【００２９】なお、ラック歯１０のピッチ線と、カム面
１１とを同高さとすることも歯先、又は歯元に近づける
こともできる。

【００３０】さらに、スライド枠９の各枠板３３、３４
は、レール部５と直交する側の外周面部分を被動ケース
２の内周面の径と同一の円弧部で形成するとともに切欠
円部３６を形成し、その移動の際の取付部Ｔ１との衝合
を防止する。

【００３１】又このスライド枠９には、前記レール部５
側に、このレール部５の折曲げ片１４を上下から覆う張
出部４２が形成され、各スライド枠９は、前記各レール
部５から離脱することなく、しかもローラ３５を設けた
ことによって、レール部５に対して円滑かつ確実にその
移動方向を１２０°ずつ変えて移動しうる。

【００３２】前記偏位手段３は、図１〜図４、図７〜図
１２に示すように、入力手段としての前記入力筒２０
と、この入力筒２０と駆動軸４との間の動力を伝達しう
る伝達手段としての本例ではカウンタギヤ２１を支持す
る回転枠２２と、揺動アーム２３とを含む。

【００３３】入力筒２０は、本実施例では、固定軸２９
に軸受支持されるクラッチケース１１０に回転自在に外
挿され、かつ入力端側を軸受を介して前記固定軸２９に
直接支持される。

【００３４】前記クラッチケース１１０は図７に示すよ
うに、円筒部１１１とフランジ１１２とからなり、円筒
部１１１には、さらに前記固定軸２９との間に一方向噛
合クラッチ３０を収容することにより、この固定軸２９
に対し一方向、本例では時計方向にのみ回転を許容され
て枢支され、しかもこのフランジ１１２は前記回転枠２
２の入力側の外蓋４６に固定されることによって、回転
枠２２は、この固定軸２９廻りで時計方向にのみ回転で
きる。なお回転枠２２の時計方向への回転は、装置損傷
時の進行方向への走行を許容し、ロックを防ぐのにも役
立つ。

【００３５】又入力筒２０は、被動ケース２の外部へ露
出するスプロケット４３を一端に有し、かつ他端は前記
被動ケース２内に臨むとともに図７に示すように、前記
外蓋４６の円筒軸受部に設けた切欠部４６Ａで現れるこ
とにより前記カウンタギヤ２１と噛合いうるギヤ部４５
を形成している。

【００３６】前記回転枠２２は、前記入力筒２０に外挿
された外蓋４６と内蓋４７とを適宜の突起６５、ピン４
９などを用いて一体的に固着している。

【００３７】前記外蓋４６は、入力筒２０を可回転に外
挿する筒部の周囲に、略円盤状をなす基板部を設け、又
前記筒部に、クラッチケース１１０のフランジ１１２を
固定している。

【００３８】又内蓋４７は、図４に示すごとく内部に開
口円部６０を形成する円環体５９からなり、この円環体
５９に植設した前記ピン４９によって前記揺動アーム２
３のボス部５７を枢支する。又このボス部５７に前記カ
ウンターギヤ２１を枢支している。

【００３９】なお内蓋４７には前記開口円部６０側に係
合凸部６１を、外周には前記ピン４９を中心とした円弧
面６２Ａを具える係合凹部６２を形成している。

【００４０】又揺動アーム２３は、図４に示すごとく、
長軸状のアーム体５３の略中間位置に前記ピン４９に外
挿され枢支される前記ボス部５７を設け、かつ一端部に
は、駆動軸４を回動自在に枢支しうる受筒部５４を形成
しかつ他端部には係合ピン５６を突設している。この係
合ピン５６は、前記係合凹部６２に係合して揺動アーム
２３の回転枠２２に対する初期位置を定める。

【００４１】又受筒部５４には前記ボス部５７を中心と
して略扇状をなす歯車部２４が形成される。なおボス部
５７と受筒部５４とは前記回転中心線ＣＬに対して平行
をなすことによって、前記駆動軸４は、被動ケース２の
回転中心線ＣＬと平行に向いて配される。

【００４２】前記カウンタギヤ２１は、図７に示すごと
く、前記入力筒２０のギヤ部４５と、駆動軸４の駆動ギ
ヤ５０とに夫々噛み合う第１ギヤ部５１と第２ギヤ部５
２とを同一軸上に一体に具える。

【００４３】又、本実施例では、前記揺動アーム２３は
歯車部２４により、図３、図８（上から見た断面図）、
図９に示すバネ手段２５によって戻り側、本例では前記
ボス５７を中心とする反時計方向であって、係合凹部６
２に係合ピン５６が係合する側に付勢される。

【００４４】バネ手段２５は、本実施例では前記外蓋４
６に固着されたバネケース８２に一端が固着された渦巻
ばねからなるコンストンバネ２６と、このコンストンバ
ネ２６の他端に固着される小径のワイヤを巻取るネジ溝
部７５を周設した巻取軸７４と、前記揺動アーム２３の
歯車部２４と噛合う噛合ギヤ６６の回転を増速して前記
巻取軸７４に伝達しうる増速部７７とから構成される。

【００４５】コンストンバネ２６は、無負荷の自由状態
において一定の曲率で成形された定荷重の渦巻ばねであ
り、バネケース８２からの巻出し量に拘わらず一定の復
元力を発揮しうる。

【００４６】又ワイヤの一端は、外蓋４６、内蓋４７の
間に同一の円周上に隔設かつ枢支された案内ローラ体８
３を周回して前記巻取軸７４に取付けられている。

【００４７】巻取軸７４は、回転枠２２に枢支されると
ともに、周囲にネジ溝部７５を有し、かつこの巻取軸７
４と一体的に巻取ピニオン７３を具え、その回転により
コンストンバネ２６をバネケース８２から巻き出しつつ
ネジ溝部でワイヤを巻取る。

【００４８】又前記増速部７７は、揺動アーム２３の歯
車部２４に噛み合う噛合ギヤ６６、このギヤ６６に噛合
うピニオン６７とそれに一体なギヤ６８とからなる４つ
の歯車６９を用いる歯車列、および最終の前記巻取ピニ
オン７３とからなる。なお本例では、揺動アーム２３の
歯車部２４から巻取ピニオン７３までは１２０倍に増速
され、摺動アーム２３の僅かな振れ角度を１２０倍に増
巾する。これにより増速部７７は、揺動アーム２３の抵
抗としても機能することとなり揺動アーム２３の急激な
戻り動作を緩衝する。

【００４９】なお本実施例では、前記巻取軸７４の巻取
ピニオン７３を増速させて回転させることにより、前記
揺動アーム２３の微小な揺動をも増巾して、前記巻取ピ
ニオン７３を回転させうる。

【００５０】又前記揺動アーム２３の係合ピン５６は、
さらに下方にのび、図４に示すごとく、前記内蓋４７に
回動自在に取付く環状の補助板２７の張出片９７に形成
される長孔９９に遊嵌挿入されている。

【００５１】この補助板２７は、前記内蓋４７の環状溝
６３に係合することにより同芯に回動しうる環状突起９
６を有する環状体９５に、略長方形状の開口１０１を形
成するガイド枠１００を具える。

【００５２】ガイド枠１００は、互いに向き合いかつ平
行な案内片１０２と、その両端の円弧片１０３とから構
成され、この円弧片１０３は、前記内蓋４７の前記開口
円部６０の内径とほぼ一致し、その内部で回転しうる。
なお開口１０１の案内片１０２、１０２は、駆動軸４に
取付く前記カム板１３に設けた膨出部９２（図５に示
す）を案内し、従って駆動軸４の移動を案内できる。

【００５３】駆動軸４は、図３に示すごとく、例えばス
プライン軸であって、駆動ギヤ５０と、本実施例ではボ
ス部８６を有する３つのピニオン１２Ａ、１２Ｂ、１２
Ｃ（図５に示す）とを相対回転を不能として固着し、又
カム板１３Ａ〜１３Ｄがそのボス部８６に可回転に枢支
されている。

【００５４】カム板１３Ａ〜１３Ｄは、図５、図１０に
示すごとく、本実施例では、その外周を挟んだ長さＨが
常に等しいおむすび状の輪郭をなし、より具体的には、
基準となる正三角形の各頂部からそれぞれ曲率半径がＲ
１、Ｒ２（Ｒ１＜Ｒ２）で６０度の円弧を描き、これら
を順次連ねた輪郭としている。なお、前記曲率半径Ｒ１
は、ピニオン１２Ａ…のピッチ円半径に近似させてい
る。又合計長さＲ１＋Ｒ２を、スライド枠９の前記カム
面１１、１１間距離と等しくする。

【００５５】又このカム板１３Ａ〜１３Ｄには、本例で
は図５に示すごとく、前記カム板１３Ａ〜１３Ｄの輪郭
の基準とした前記正三角形の一頂点を中心とする軸穴８
７を形成している。前記カム板１３Ａは、前記揺動アー
ム２３の受筒部５４を介して駆動軸４に支持され、又ピ
ニオン１２Ｂ、１２Ｃにはそのボス部８６にこの軸穴８
７を挿入している。又カム板１２Ｄは、軸受を介して駆
動軸４に支持させる。

【００５６】従って、被動ケース２の回転とともに前記
レール部５を移動しうるスライド枠９をこのカム板１３
で常時案内することにより、ピニオン１２に噛合するラ
ック歯の移動に伴い、このラック歯１０を前記ピニオン
１２に噛合う仮想内歯車ピッチ円に近似する動跡で移動
させることができ、順次ピニオン１２とラック歯１０と
を噛み合わせる。

【００５７】このとき、前記カム板１３Ａ〜１３Ｄをオ
ムスビ状とし、かつその輪郭の一部をなす半径Ｒ１を、
ピニオン１２Ａ〜１２Ｃのピッチ円半径と近似させるこ
とにより、半径（Ｒ１＋Ｒ２）の円板カムに比して、ラ
ック歯１０とピニオン１２との噛合歯数を大としつつ、
ラック歯の周速度とピニオンのそれと略等しくでき、噛
合移りを円滑とするとともに回転ムラを減じうる。

【００５８】特にカム板１３Ａ〜１３Ｄの中心が前記回
転中心線と一致した状態（図１６に示す）においても、
対のラック歯のうち、ピニオン１２Ａ〜１２Ｃと噛合う
方のラック歯の周速度を減じうる。

【００５９】又このカム板１３Ａ〜１３Ｄは、夫々同一
箇所に孔部８９を形成し、この孔部８９を貫通するボル
ト９０を配することにより、カム板１３Ａ〜１３Ｄの輪
郭を互いに揃えて一体に固定されている。

【００６０】さらに、カム板１３Ａ、１３Ｄには、夫々
上下に膨出しかつ駆動軸４の軸心を対称に挟んでその両
側で平行な偏平面９２Ａの両端を、円弧面９２Ｂで継い
だ同一形状の前記膨出部９２を具える。

【００６１】このカム板１３Ａの膨出部９２は、図４で
示す前記補助板２７のガイド枠１００における案内片１
０２、１０２間で偏平面９２Ａ、９２Ａを支持されるこ
とにより、駆動軸４を、この案内片１０２に沿って所定
の範囲で移動させうる。

【００６２】又カム板１３Ｄの膨出部９２は、図６に示
す、蓋部２Ｃに対して回動自在に枢支された取付板１７
の同様なガイド枠１０４に移動自在に支持されている。

【００６３】この取付板１７は、前記補助板２７のガイ
ド枠１００と同様に、互いに平行に向き合う案内片１０
５と、円弧片１０６とを具えることにより、その内部に
空所１０９を形成し、この空所１０９内を、前記カム板
１３Ｄの膨出部９２が直線移動可能に支持される。

【００６４】このように上のカム板１３Ａの膨出部９２
は、前記補助板２７の案内片１０２間で、又下のカム板
１３Ｂの膨出部９２は、前記取付板１７の案内片１０５
間で夫々スライド可能に支持され、しかも駆動軸４は被
動ケース２の回転中心線と平行をなすために、被動ケー
ス２の回転中心線ＣＬと直角の向きに揺動アーム２３の
傾動とともに駆動軸４を移動しその軸中心を変化させる
ことができる。

【００６５】なお取付板１７の筒部１１０の軸穴１０７
には、固定軸２９と反時計方向の回転を拘束する一方向
噛合クラッチ３０を装着している。

【００６６】又駆動軸４の各ピニオン１２Ａ〜１２Ｃ
は、前記向き合う一方のラック歯１０と噛合うとき、他
方のラック歯１０とは歯先間に隙間がある歯先円径に設
定される。

【００６７】又カム板１３Ａ〜１３Ｄは、夫々スライド
枠９の向き合うカム面１１にともに接触することによっ
て、ピニオン１２Ａ〜１２Ｃに対する各スライド枠９の
ラック歯１０の移動軌跡を前記レール部５と協働して規
制し、例えばカム板１３Ａ〜１３Ｄの、被動ケース２の
回転中心線からの移動距離が増すに伴い、各ラック歯１
０の前記移動軌跡を、被動ケース２の回転中心線を中心
とする大きな仮想の内歯車のピッチ円に近似させ沿わせ
ることによって、駆動ギヤ５０と、仮想のピッチ円の歯
数比（半径比）に応じた減速が可能となる。

【００６８】以上のように構成された本実施例の変速装
置１の動作について説明する。静止している自転車Ｍを
発進させるため、自転車ＭのペダルＰを回転させようと
する。これによりクランクアームから主スプロケットに
加えられたトルクがチェーンＣを介してスプロケット４
３に伝達される。

【００６９】スプロケット４３に加えられた時計方向の
トルクにより、入力筒２０に噛合するカウンタギヤ２１
は、駆動ギヤ５０の歯面を押圧し時計方向に回転させよ
うとする。なお入力筒２０のギヤ部４５、カウンタギヤ
２１の第１、第２ギヤ、および駆動ギヤ５０の各歯数
は、例えば２８Ｔ、２０Ｔ、１６Ｔ、および３２Ｔであ
り、本例では入力回転数を０．７倍、通常０．５〜０．
９倍程度に減速されている。これにより回転枠２２に反
力を生じさせ時計方向への伴回りを防ぐのに役立つ。

【００７０】他方、駆動ギヤ５０には、自転車Ｍの発進
時にはその始動時には大きな負荷トルクが作用している
ため、前記カウンタギヤ２１はその反力によって、ピン
４９の廻りで反時計回転方向に自転しかつ回転枠２２と
ともに駆動ギヤ５０廻りで反時計方向に公転しようとす
る。しかしながら、前記のごとく、回転枠２２は、一方
向噛合クラッチ３０により反時計方向の公転は阻止され
ている。

【００７１】その結果、駆動ギヤ５０の負荷トルクが大
きく、カウンタギヤ２１の第２ギヤ部５２の入力トルク
によっては駆動ギヤ５０を充分に自転させえないときに
は、カウンタギヤ２１の入力トルクは、揺動アーム２３
に作用している前記バネ手段２５による戻しトルクに打
勝ちつつ駆動ギヤ５０を時計方向に回転させ、これによ
り駆動ギヤ５０は、揺動アーム２３の時計方向の揺れと
ともに時計方向に公転しようとする。

【００７２】他方、駆動軸４は、前記のようにこの駆動
軸４と直交する向きにのびる膨出部９２を上下に張出し
たカム板１３Ａ、１３Ｄを具えるとともに、この膨出部
９２は、スライド自在に補助板２７のガイド枠１００
と、取付板１７のガイド枠１０４とに案内されている。

【００７３】従って、駆動軸４は、図１１（図１におい
て上方から見た断面図、図１２も同様）に示す初期状態
からガイド枠１００、１０４に沿って移動し、被動ケー
ス２の回転中心線ＣＬと駆動軸４の軸中心が偏心量Ｖの
間移動する（図１２）。なお前記のごとく、回転枠２２
は一方向噛合クラッチ３０により静止し、駆動軸４の前
記変位は、揺動アーム２３の前記ボス５７を中心とした
揺動を伴う。

【００７４】又かかる揺動アーム２３の揺動により、前
記係合ピン５６が、補助板２７を回転させ、図４で一点
鎖線で示し、かつ図１１、１２に図示するようにガイド
枠１００の向きを変えて駆動軸４の偏位を補助しうる。

【００７５】なお、駆動軸４の偏位は、前記カム板１３
Ａ、１３Ｄに設けられた膨出部９２の一方の円弧面９２
Ｂが、円弧片１０３と衝合することにより制限される。

【００７６】又駆動軸４の偏位は、前記のように、前記
バネ手段２５に抗して行われる。なお揺動アーム２３の
揺動により、この揺動アーム２３の一端に形成された歯
車部２４が、噛合ギヤ６６を回転させ、かかる巻取軸７
４の回転により、バネケース８２から前記ワイヤをへて
コンストンバネ２６を引き出し、摺動アーム２３に前記
初期状態に復元する回転力を付与する。

【００７７】なお被動ケース２の回転開始および揺動ア
ーム２３の揺動による次に説明する減速比の増大によ
り、駆動軸４の負荷トルクが減じ駆動ギヤ５０の噛合に
おける駆動力が小となった場合には、コンストンバネ２
６の復元力が前記増速部でその比に応じて増大して揺動
アーム２３に伝達される。

【００７８】このコンストンバネ２６からの復元力を受
けた揺動アーム２３は、負荷トルクの減少とともに、駆
動軸４の偏心量Ｖを徐々に減じて減速比を自動的に減少
させ、揺動アーム２１の初期状態に戻る。

【００７９】本実施例の偏位手段３は、以上の如く作用
することにより、自転車Ｍの発進時や、登板時等の被動
ケース２に大きな負荷が作用しているような場合には、
図１３〜１６に示すごとく、駆動軸４は被動ケース２の
回転中心から偏心しかつその偏心量Ｖを大とする一方、
自転車Ｍの発進後、徐々に被動ケース２の負荷が減少す
るにつれて偏心量Ｖを小とし、本実施例では、図１７〜
図２０に示すごとく、駆動軸４と、被動ケース２の回転
中心を一致させて偏心量Ｖを０とし速比を「１」の状態
としうる。

【００８０】次に、変速原理について説明する。図１３
は、カム１３によって駆動軸４が、被動ケース２の回転
中心線ＣＬから偏心量ＶＭを隔てる最も偏心した状態を
示す。例えばスライド枠９Ａの一方のラック歯１０がピ
ニオン１２Ａに噛合している。このときラック歯１０
は、前記のごとくスライド枠９とともに周回することに
より仮想内歯車を構成することとなり、このとき、ピニ
オン１２Ａのピッチ円直径をＰＤとし、かつ前記ラック
歯１０のピッチ線に接する前記中心線ＣＬからのピッチ
円半径、即ち前記仮想の内歯車のピッチ円半径をＲＭと
するとき、駆動軸４と、スライド枠９、即ち被動ケース
２との減速比Ｒｒは、 減速比Ｒｒ＝ＰＤ／２・ＲＭ となり、このような減速比に比例して駆動軸４に作用す
る負荷トルクは低減する。

【００８１】なおスライド枠９Ａの他方のラック歯１０
は、被動ケース２が１８０°回転したときに再びこの状
態のようにピニオン１２Ａと噛合い被動ケース２に回転
力を付与しうる。

【００８２】又図１４には、スライド枠９Ｂとピニオン
１２Ｂとの、又図１５にはスライド枠９Ｃとピニオン１
２Ｃとの夫々の相対関係を示しており、さらに図１６に
は、これらを重ね合わせた状態を仮想線で示している。
ラック歯１０は、中心線ＣＬを中心とする内歯車状の配
置となっている。

【００８３】これらから明らかなように、各対のラック
歯１０は、被動ケース２が１８０°回転する毎に各ピニ
オンと噛み合いうる。又各スライド枠９は、本実施例で
は夫々移動方向が１２０°で交差するごとく配されてい
るため、全体で見れば、被動ケース２が６０°回転する
間に少なくともラック歯とピニオンとの噛合いが一組行
われることになり、この結果被動ケース２の回転ムラを
減じ、円滑な回転を可能としうる。

【００８４】なおピニオンとラック歯１０との噛合い
は、１つのラック歯のＫとの衝合、２つのラック歯との
同時噛合のくり返しであるため、スライド枠から３個以
外のときにも、１つのラック歯との噛合い時において駆
動軸４の偏位が可能となる。

【００８５】又１２０°の交わり角度とすることによっ
てさらにはより多数のスライド枠を用いることによっ
て、ハ字となったラック歯１０、１０に跨がってピニオ
ン１２が噛合する状態からの離別が円滑となり、駆動軸
４の移動を円滑とする。

【００８６】特に、ラック歯１０とピニオン１２との噛
合開始から終了までを被動ケース２の回転角が略６０°
となるようにカム板１３の輪郭、ラック歯１０の歯数を
設定していることにより、被動ケース２の回転中には、
常時、一対のラック歯１０とピニオン１２との噛合を保
障でき、より円滑なトルクの伝達を可能としうる。

【００８７】又ラック歯１０は、前記したごとく、被動
ケース２の半径方向に移動しかつ互いに近づく向きにか
つ斜溝３９（図６）の方向に付勢されていることによ
り、前記のごとくピニオンとの噛合開始時、噛合終了時
などの衝撃を後退移動により緩和しうる。さらに、被動
ケース２の回転中に、ピニオンとラック歯との噛み合い
が２組行われた場合、又２つのラック歯１０、１０が交
わることにより円周ピッチが変化した部分にピニオンが
噛合い始めるときなど、一方のラック歯をピニオンから
逃げる向きに容易に移動させることで、駆動軸４にこじ
れが発生するのを防止しうる。さらに、ペタルを止めて
坂道を下降するときなど、静止したピニオンに対してラ
ック歯は外に逃げることができ、ラチェット状に機能で
きる。

【００８８】又所定の前記向きの斜溝３９（図６）に配
することにより噛合時の伝達効率を高める。

【００８９】又図１７〜１９には、負荷トルクの減少に
より揺動アーム２３が復帰し、ピニオン１２の回転中心
がコンストンバネ２６により被動ケース２の回転中心線
ＣＬに近づいた状態での任意の瞬間を示し、スライド枠
９Ａの一方のラック歯１０と、ピニオン１２Ａとが噛合
の状態にある。

【００９０】この場合スライド枠９Ａは、静止するカム
板１３により案内され、被動ケース２の片側、他側の各
内向面の間の最大ストロークを移動する。このとき、ピ
ニオン１２、被動ケース２は、共に回転中心線ＣＬ回り
に一体となって回転するため、速比を「１」に近づけ
る。

【００９１】さらに負荷トルクが０となり、カウンタギ
ヤ２１は反力が作用しないときには、前記回転枠２２
は、１方向噛合いクラッチ３０の自由回転方向に伴廻り
できる。

【００９２】このとき、カム板１３も自転することによ
り、とくにピニオン１２に２つのラック歯がハ字に噛合
うとき、スライド枠９の移動が停止する。

【００９３】なお本例の全体として６つのラック歯が存
在する場合において、駆動ギヤ５０が円滑に噛合いしう
る仮想の内歯車の歯数は６の倍数で減じる。従って、駆
動ギヤ５０の歯数を２４Ｔとし、仮想内歯車の最大ピッ
チ円の相当歯数を４８Ｔとするとき、速比は次のように
なる。

【００９４】４８：２４（１／２） ４２：２４（１／１．７５） ３６：２４（１／１．５） ３０：２４（１／１．２５） ２４：２４（１／１）

【００９５】以上詳述したが、本発明は上記実施例に限
定されるものではなく、自転車以外にも自動二輪車等に
も採用しうる。

【００９６】

【発明の効果】叙上のごとく、本発明の変速装置は、ラ
ック歯を互いに離間する向きに移動させ、かつ互いに接
近する向きに付勢することにより、ピニオンとラック歯
との噛合を円滑とし、しかも駆動軸の停止後にも被動ケ
ースから動力を出力しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図３】本発明の一実施例の部分斜視図である。

【図４】揺動アーム、内蓋、補助板の斜視図である。

【図５】駆動軸の分解斜視図である。

【図６】レール部、スライド枠の拡大斜視図である。

【図７】入力筒を説明するため斜視図である。

【図８】バネ手段を説明するための断面図である。

【図９】増速部を説明するための断面図である。

【図１０】カム板の輪郭を説明するための線図である。

【図１１】駆動軸の偏位を説明するための断面図であ
る。

【図１２】駆動軸の偏位を説明するための断面図であ
る。

【図１３】駆動軸とスライド枠との相対関係を示す断面
図である。

【図１４】駆動軸とスライド枠との相対関係を示す断面
図である。

【図１５】駆動軸とスライド枠との相対関係を示す断面
図である。

【図１６】ピニオンとラック歯との関係を説明するため
の線図である。

【図１７】駆動軸とスライド枠との相対関係を示す断面
図である。

【図１８】駆動軸とスライド枠との相対関係を示す断面
図である。

【図１９】駆動軸とスライド枠との相対関係を示す断面
図である。

【図２０】ピニオンとラック歯との関係を説明するため
の線図である。

【図２１】本発明が自転車に採用された場合の実施例を
示す線図である。

【図２２】従来の変速装置を説明するための斜視図であ
る。

【符号の説明】

２ 被動ケース ３ 偏位手段 ４ 駆動軸 ５ レール部 ６ 開口部 ７ 内辺 ９ スライド枠 １０ ラック歯 １１ カム面 １２ ピニオン １３ カム板 １４ 折曲げ片 １５ 直線部 １６ 円弧片 １７ 取付板 １９ 長孔 ２０ 入力筒 ２１ カウンタギヤ ２２ 回転枠 ２３ 揺動アーム ２４ 歯車部 ２５ バネ手段 ２６ コンストンバネ ２７ 補助板 ２９ 固定軸 ３０ 一方向噛合クラッチ ３１ スポーク ３２ 後輪 Ｍ 自転車

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静止部材に回転自在に枢支される被動ケー
   スと、 被動ケースの回転中心線と平行に配され、かつ回転中心
   線と直交する向きに偏位手段を用いて移動自在に支持さ
   れる駆動軸とを具えるとともに、 前記被動ケースに、前記回転中心線の両側で向き合って
   平行にかつ回転中心線と直角な面内をのびる複数対のレ
   ール部を回転中心線方向に並べて設け、しかも、前記回
   転中心線方向に並ぶ各レールと平行な前記回転中心線と
   交わる交線は互いに等角度で交わるとともに、 前記向き合うレール部間に、このレール部に案内される
   ことにより回転中心線と直交しかつ等角度をなす向きに
   夫々移動し、しかも２つの向き合う内辺を有する開口部
   を具えたスライド枠を夫々配し、 かつスライド枠の前記各向き合う内辺にラック歯とこの
   ラック歯のピッチ線と平行なカム面とを並べて設ける一
   方、 前記駆動軸に、 この駆動軸と一体に回転しかつスライド枠の向き合う一
   方の内辺の前記ラック歯に噛合しうるピニオンと、 各スライド枠の向き合う内片のカム面にともに接触しこ
   のスライド枠を案内することにより、ピニオンに噛合す
   るラック歯を移動に伴いこのラック歯が前記ピニオンに
   噛合う仮想内歯車ピッチ円に近似する軌跡で移動させる
   カム板とを有する変速装置であって、 ラック歯は、互いに離間する向きに移動できかつ近接す
   る向きに付勢されたことを特徴とする変速装置。
2. 【請求項２】前記レール部は、被動ケースの内向面と等
   しい径の円弧片の直線部で一体にかつ直角に折曲げられ
   た折曲げ片からなることを特徴とする請求項１記載の変
   速装置。