JPS60240585A - 自転車用無段変速装置の変速操作装置兼逆入力許容装置 - 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】 （技術分骨） 本発明は、自転車のクランク軸に装備する自転車用無段
変速装置の変速操作装置兼逆入力許容装置に関するもの
である。

（従来技術） 本出願人は先きに自転車の無段変速機として適”した遊
星歯車式の無段変速装置（特願昭５８−２４５２８９号
、特願昭５９−　号） を提案したが、これらの装置にはその付属装置として、
変速操作装置および逆入力許容装置が必要である。

（目的） 本発明は上述の観点からなされたもので、逆入力許容装
置としても利用できる変速操作装置を提供することによ
り、前記した遊星歯車式の無段変速装置の実用化を可能
にすることを目的とするも・のである。

（構成） 上述の目的を達成するため本発明においては、自転車の
クランク軸にキャリヤを固定し、このキャリヤに複数の
遊星核を回転自在に枢支し、これ。

らの各遊星核に一方向タラッチを介して遊星歯車を一方
向にのみ回転できるように嵌装し、前記遊星核の偏心位
置に突設した揺動ピンを案内する円形軌道を有すると共
に外周に山車を形成した偏心シフターを、外周にクラン
ク軸と同心の歯車を形１・・成した偏心根板を介してク
ランク軸に対して偏心量調整自在に設け、前記各遊星歯
車とそれぞれ噛合する太陽歯車とクランクギヤを一体に
形成し、このクランクギヤにより出力を取り出すように
した無段変速装置を備えた自転車において、クラシトり
軸と平行に支持軸を自転車のフレームに固定して設け、
この支持軸にブラケットの端部を嵌合すると共に、ワイ
ヤリールとピニオンとを一体に形成したものとギヤケー
スの一端部を支持軸８６に嵌装し、ギヤケースの内部に
一方向クラッチを内・・周部に有すると共に前記偏心根
板の歯車と噛合する固定側歯車を介装し１．ギヤケース
の他端部を貫通する軸の一端に前記ビニオンと噛合する
扇形歯車を固着すると共に、ギヤケース内の軸に前記固
定側歯車と噛合する中間歯車を回転自在に嵌装し、ギヤ
ケースの外部に突出する軸に揺動アームノ基部を嵌合し
て固定し、揺動アームの遊端部に軸を突設し、この軸に
前記中間歯車と噛合すると共に、偏心シフターの歯車と
噛合する移動側歯車を回転自在に嵌合し、前記軸をばね
力によって前記無段変速装置側に回動させるように付勢
し、前記ワイヤリールに操作ワイヤを巻き掛けして駆動
するようにして自転車用無段変速装置の変速操作装置兼
逆入力許容装置を構成する。

（実施例） 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、１１−立パイ
ブ、８はチェンステー、４はハンガラッグ、５はクラン
ク軸、６はクランク軸５に嵌着するり１　ランクアーム
、フはそのロックナツトである。ま・た８は後輪、９は
後輪ハブ軸、１０は後輪用スジｌロケット、１１はチェ
ンである。

本実施例においては、中空円盤形状のキャリヤ１２（１
２ａはビス１２ｂ等によりキャリヤ本体に着脱自在にし
た蓋板）をクランクアーム６を介・してクランク軸５に
固定し、このキャリヤ１２内に複数（本実施例では６個
）の段付円筒形状の遊星核１８を軸１４を介して円周等
分位置に回転自在に枢支する。なお１６はそのベアリン
グである。

なおこの場合、段付円筒形状の遊星核１８はその大径部
１８ｇと小径部１ａｂとが隣接する遊星核間において交
互に１８０°反転させて配置する。

そしてこれら各遊星核１８の大径部１８ａの外周部に、
一方向クラッチを介してリング形状の遊星歯車１６を一
方向にのみ回転できるように嵌装すると共に、これらの
遊星歯車１６をクランク軸５の軸方向に対して二重に配
置する。

すなわち本実施例においては８個の遊星歯車１６がキャ
リヤ１２内の外側部に配置され、残りの８個の遊星歯車
１６はキャリヤｌｚ内の内側部・にそれぞれ干渉しない
ように配置されている。

また一方向クラッチはどのような形式のものでもよいが
、本実施例では第５．６図に示すようにリング状の遊星
歯車１６の内周面にラチェット１７を形成すると共に、
遊星核１８の大径部１ｇ＆にラチェット１７と噛合して
一方向の回転のみを阻止する爪１８を設けて、ばね１９
によって爪１８がラチェット１７と噛合するように付勢
しである。

また前記各遊星核１８の一側面Ｃ本実施例では内側面）
の軸１４に対する偏心位置に軸１４と平行な揺動ピン２
０を突設しておく。第５図のキャリヤ１２の蓋板１２ａ
に設けた切欠口ｉｇｃは、前記各揺動ビン２０をキャリ
ヤ１２の外部に突出させると共に、その揺動を許容する
ためのものである。

また第２図および第８図に示すように、クランク軸５に
ベアリング２１を介して回転自在に嵌合する軸筒２２の
一端部に前記各遊星歯車１６とそれぞれ噛合する太＠歯
車２８を形成すると共に、・軸筒２２の他端部に２個の
円形段部２４　ａ　、　ｇ４ｂｔ″ｆｔｔ″、ｓｚ’ｙ
＞ｐ＝ｉｒｔａｒ”４’ｅＪＥ４区び円９５、部２４ａ
に回転自在に嵌合する中心孔２５ａ（第４図参照）を有
すると共に、外周部にクランク軸すと同心の歯車ｇ６を
形成し、ざらに歯車２５の一側面に中心孔２５ａに対し
て偏心している偏心円板２６を突設して偏心種板２７を
一体に形成する。

そしてこの偏心円板２６と回転自在に嵌合する偏心孔２
８ａ（第４図参照）を有すると共に、円板の外周部に歯
車２８ｂを形成し、ざらにその同一円周上に複数のねじ
孔２８Ｃを設けて偏心シフター２８を形成し、この偏心
シフター２８４：　２　個のリング２９．８０をそれぞ
れに設けたねじ挿通孔２９ａ＊８０ａを介してビス８１
をねじ孔２８０にねじ込むこと憾より偏心シフター２８
に取り付けるようにし、この２個のリング２９．８０の
内周の接合部に半円状のボール嵌合溝２９　ｂ　、　３
０ｂを形成し、前記各揺動ピン２ｏを摺動自在に嵌合す
る円形軌道８２をリング８８の片面に凹陥して・形成す
ると共に、リング８８の外周面に半円状のボール嵌合溝
ａａａｔ−形成し、このボール嵌合溝ｓａａと前記ボー
ル嵌合溝ｇｏｂ、ａｏｂとの間に多数のボール８４を挿
入することによりリング８８を偏心シフター２８に対し
て回転自在に取り付ける。

そして上述の各部材は第２図に示すように、クランク軸
５にベアリング２１を介して太＠歯車２８およびクラン
クギヤ２４を有する軸筒２２を嵌装すると共に、その円
形段部２４ａに偏心種板２７を嵌装し、さらにその偏心
円板２６に前述したリング８８を取り付けた偏心シフタ
ー２８を嵌装しζこのリング８８の円形軌道３２内に、
キャリヤ１２内に設けた各遊星核１８より突設した各揺
動ビン２ｏを嵌入させると共に、キャリヤ１２を太陽歯
車２８の外周部に嵌合して、キャリヤ１２内の各遊星歯
車１６をそれぞれ太陽歯車２ａと噛合させ、さらにクラ
ンク軸５の角筒部５ａにクランクアーム６を嵌合すると
共に、クランクア−１６とキャリヤ１２とを固定し、ク
ランクｔｉｈｔｓ、（１）ね１：、部５ｂ（第８＠参照
）にロックナットクを螺合して締めつけ竺ことによりこ
の装置を組み立てる。

またこの無段変速装置には変速操作装置および逆転時に
おける逆入力許容装置が必要である。第２．８図および
第７〜１１図にはその変速操作装置兼逆入力許容装置の
一例を示しである。

すなわちこの装置は、第２．８図に示すように立パイプ
２に、ねじ孔８５ａ（第８図参照）を有する軸筒８５を
クランク軸５と平行に溶接等により固着し、このねじ孔
Ｊ１５ａにボルト状の支持軸８６を螺着するようにし、
この支持軸８６にプテケット８７の端部を孔８７ａを介
して嵌合すると共に、さらにワイヤリール８８とピニオ
ン８９とを一体に形成したものと断面口字状のギヤケー
ス４θを、その一端部に設けた孔４０ａを介して支持軸
８６に嵌装し、ギヤケース４ｏの内部には一方向クラッ
チ４１を内周部に有すると共に前記偏心種板２７の歯車
２５と噛合する固定側歯車４２を介装しておく。

一方向クラッチ４１はどのようなものでもよいが、例え
ば第１０．１１図に示すように固定側歯車４２の内周部
にラチェット４２ａを形成すると共に、一方向クラッチ
４１の外周部にラチェット４２ａと噛合して一方向の回
転のみを許容する爪４１ａを設ける。なおこの一方向ク
ラッチ４１は支持軸８６に対して固定しておく。

またギヤケース４０の他端部に孔４０ｂを設け、この孔
４０ｂを貫通する軸４８の一端に前記ピニオン８９と噛
合する扇形歯車４４を固着すると共に、ギヤケース４θ
内の軸４８に前記固定側歯車４２と噛合する中間歯車４
５を回転自在に嵌装し、ざらにギヤケース４０の外部に
突出する軸４８に揺動アーム４６の基部を嵌合してピン
４７により固定する。

また揺動アーム４６の遊端部には軸４８を突設し、この
軸４８に前記中間歯車４５と噛合すると共に、偏心シフ
ター２８の歯車２ｓｂと噛合する移動側歯車４９を回転
自在に嵌合する。なおこの移動側歯車４９は固定側歯車
４２と歯数を同一に、しておく。５０はこの歯車４９の
抜は止め具である。またこの装置には例えば第１０図に
仮想線で示したようなばね５１を設けて、軸４８を第１
０図において常に反時計方向に回動させるように付勢し
ておく。

また前記ワイヤリール３８には第８．９図に示すように
操作ワイヤ５２を巻き掛けして駆動するようにする。第
８図中の５８は操作ワイヤ５２のアウターワイヤで、５
４（第７図参照）はその調整ねじで、前記ブラケット８
７に設けたねじ孔８７ｂに螺合し、ロックナツト５５に
より固定するものである。

（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１１図において、ｌよけ偏心円板２６のクランク
軸５に対する偏心量であり、！。

は偏心シフター２８の円形軌道８２の偏心円板２６に対
する偏心量である。そして今！、＝匂とすれば、第１１
図に示す状態における円形軌道３２のクランク軸５に対
する偏心量！はｌ＝２　ｔ□偏心シｙｌ−２８を矢印Ａ
のように回転して第１０図に示す状態にすると、円形軌
道８２のクランク軸５に対する偏心量はＯになる。すな
わち偏心シフタ、−２８を第１Ｏ図と第１１図に示す範
囲内で任意に操作することによって、円形軌道８２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。

この偏心シフター２８の操作は次のようにして行う。す
なわち第１０図の偏心量０の状態から第１１図の偏心状
態にするには、第８図の状態からワイヤ５２を矢印Ｂの
方向に操作する。このようにするとリール８８を介して
ビニオン３９が矢印Ｃの時計方向に回転すると共に、扇
形歯車４４と軸４８が矢印りのように回動し、その結果
軸４８に固定した揺動アーム４６が矢印Ｅの方向に回動
する。アーム４６が矢印Ｅの方向に回動すれば、移動側
歯車４９が偏心シフター２８の歯車２８ｂと噛合してい
るため、偏心シフター２８が移動しなければ歯車４９は
若干第１０図の矢印Ｆのよう・に回動し、その結果中間
歯車４５が矢印Ｇの方向に回動し、固定側歯車４２が矢
印Ｈの方向に回動する。この場合歯車４２の内部の一方
向クラッチ４１は歯車４２に対してすべるため、歯車４
２の回転を妨げることはない。

しかしてこの歯車４９と４２の回転方向は同じであり、
両歯車４９．４２の歯数も同一であるから、歯車４９と
２ｓｂとの噛合点Ｉと、歯車４２と２５との噛合点Ｊと
の間の距離Ｌ工が変化しなければ偏心根板２７と偏心シ
フター２８との相対位相は変化しないが、扇形歯車４４
が第８図から第９、図の状態になると、歯車４９．４５
．４２も第１Ｏ図から第１１図の状態に変化するため、
前記したＬ　が第１１図のＬ２に変化する。したがって
このＬ□−Ｌ２が偏心シフター２８を偏心根板２７に対
して第１０図の矢印にの方向に相対回転させる量となる
。

このため偏心シフター２８は第１０図の状態から第１１
図に示す状態に偏心根板２７に対して相対的に回転する
ため、偏心シフター２８と一体の・円形軌道８２の中心
はクランク軸５の中心に対してｌだけ偏心することにな
る。

また第１１図の偏心状態を第１０図の偏心量０の状態に
戻すには、第８．９図の操作ワイヤ５２を前とは逆方向
（第９図の矢印りの方向）に操作すればよい。

この場合第１１図においてアーム４６が矢印Ｍの方向に
回動するため、偏心シフター２８が移動しなければ、歯
車４９は矢印Ｎの方向に回動し、その結果歯車４２は矢
印Ｏの方向に回動しようとするが、この歯車４２は固定
軸８６に固定した一方向クラッチ４１の作用によって矢
印Ｏ方向の回転は阻止されるため、結局偏心種板２７は
回転せず、偏心シフター２８がＬ□−Ｌ２の差動分だけ
第１１図の矢印Ａ方向に回動して第１０図に示す偏心量
０の状態になる。

つぎに無段変速機構の作用を第１２図および第１８図に
ついて説明する〇 第１２図は第６図および第１０図の状態におけるクラン
ク軸５と、円形軌道８２と、遊星核１８・と、遊星歯車
１６と、揺動ピン２０と、太陽歯車２８との関係を示す
説明図である。

この状態でクランプアーム６を介してクランク軸５が矢
印Ｐの方向に回転すると、第２図に示すようにクランプ
アーム６と結合したキャリヤ１２がクランク軸５と一体
に回転し、その結果軸１４を介して各遊星核１８および
遊星歯車１６もキャリヤ１２と共に回動する。しかして
この場合遊星核１８に突設した揺動ピン２０は軸５と同
心の円形軌道８２内に嵌合した状態で回動するから、遊
星核１３はキャリヤ１２に対しては全く回動しない。

しかしながら各遊星歯車１６は太陽歯車２８とそれぞれ
噛合しているため、この太＠歯車２８の負荷抵抗によっ
て各遊星歯車１６は第１２図において時計方向に回転し
ようとするが、この回転はラチェット１７と爪１８から
成る一方向クラッチの作用によって阻止される。したが
って太陽歯車２８はキャリヤ１２と一体的に回動する遊
星歯車１６によって第１２図の矢印Ｑのようにクランク
・軸５と一体的に同方向に回転する。したがってこの場
合の変速比は１：１である。

つぎに変速操作によって、偏心シフター２８を第１１．
１８図に示す偏心状態にした場合は、クランク軸５の矢
印Ｐ方向の回転にともなって、前述したようにキャリヤ
１２が軸５と一体的に回転し、その結果各遊星核１８も
軸１４と共に回動するが、この場合各揺動ピン２０が嵌
合している円形軌道８２は軸５に対して偏心しているか
ら、各遊星核１３はキャリヤ１２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Ｒとし、遊星核１８の中
心をＳとし、揺動ピン２０の中心をＴとすると、／Ｒ８
Ｔであるθは、第１２図の場合常に一定であるが、第１
８図の場合はそれぞれθ１゜θ２．θ、のように変化す
る。そして相互間にはθ、〈θ２〈θ８の関係が生ずる
。

すなわちこのθ、〜θ８までの間の遊星歯車１６には第
１３図に示す矢印Ｕ方向の回転が生ずるため、この矢印
Ｕ方向の回転と、軸５を中心とする・遊星歯車１６の矢
印Ｐ方向の公転によって、これと噛合する太陽歯車２８
を第１８図の矢印Ｖ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１６が６個
あるため、回転増速域にない歯車１６は増速きれないが
、前記した一方向クラッチの作用によって６個の遊星歯
車１６の中、その時最高の増速域にある１個の遊星歯車
１６のみが太陽歯車２８を駆動し、残りの５個の遊星歯
車１６は、逆にその太陽歯車２８によって回転させられ
るようになる。すなわちこの時その歯車１６のラチェッ
ト１７は爪１８に対してすべって回転することになる。

第１４図は縦座標に増速変速比をとり、横座標にクラン
ク軸６の回転角度をとって示したこの変速装置の増速特
性を示すものである。

これかられかるように、変速比の変動をできるだけ小ざ
くするためには、遊星歯車１６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１６を使用してい
るため、第１８図に示す角度範囲Ｗ（約６０°）が各遊
星歯車１６の太陽歯・車２８に対する駆動域となる。し
たがって第１４図からみ℃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０の場合と最大増速比の場
合を説明したが、偏心シフター２８の回動操作量を、第
１０図および第１１図の中間の任意量に設定することに
よって、この変速装置によれば、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。

以上はこの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、重力の作用
によって後退したとすると、第１図において後輪８が矢
印Ｘの方向に回転すると共に、チェノ１１が矢印Ｙの方
向に移動する結果、この無段変速装置のクランクギヤ２
４に逆入力が作用することになる。

この逆入力が作用すると、この無段変速装置は変速比が
高い場合にその機構上セルフロッ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、この変速装
置を実用化するに当っては、この逆転時における逆入力
許容装置が必要となる。

前述した変速操作装置はこの逆入力許容装置も兼ねるも
のであるから、以下にその作用を説明する０ すなわち第１θ図および第１１図において、矢印αは正
転時におけるキャリヤ１２の回転方向であり、矢印βは
逆転時におけるキャリヤ１２の回転方向である。

今前述した後輪８の逆転時に、チェノ１１、クランクギ
ヤ２４、太陽歯車２８を介して第１２図に示すように、
各遊星歯車１６に矢印β方向の回転が云えられると、各
遊星歯車１６は矢印γの方向に回転しようとするが、こ
の回転はラチェット１７および爪１８よりなる一方向ク
ラッチによって阻止されるため、遊星歯車１６はキャリ
ヤ１２と一体に矢印βの方向に回転する。この場合第１
０図および第１２図に示すように、円形軌道８２のクラ
ンク軸５に対する偏心量がＯの時は、遊星歯車１６内の
遊星核１８と一体の揺動ビン・２０は円形軌道８２内を
回動することができるため、上述したセルフロック現象
は起きないが、円形軌道８２がクランク軸５に対して第
１１図および第１８図に示すように偏心している時は、
揺動ピン２０が円形軌道８２内を通過するためには遊星
核１８がある程度自転しなければならない。しかしなが
ら前記したように逆転時においては遊星歯車１６は回転
を阻止されているため、遊里核１８も自由に自転できな
い。

このためにセルフロックが生ずるのであるが、本発明装
置においてはこのセルフロックが化スルと、円形軌道８
２を形成するリング８８がこれと一体の偏心シフター２
８と共にキャリヤ１２と一体的に矢印βの方向に回転す
る。そして偏心シフター２８が回転すれば、歯車２８ｂ
、４９．４５゜４２．２５を介して偏心杉板２７も矢印
βの方向に同量だけ回転するため、結局変速装置全体が
クランクギヤ２４と共に同方向に回転することになる。

したがってこの作動によって前記したセルフロックを十
分吸収することができる。

なおこの逆転時には、上述したように偏心杉板２７と偏
心シフター２８は共に同方向に同量だけ回転して相互間
の位相は変化しないため、変速比も変ることはない。

（効果） つぎに本発明装置の効果を説明する。本発明の自転車用
無段変速装置の変速操作装置兼逆入力許容装置は上述の
通りであるから、これによってはじめて前記した無段変
速装置が実用化されることになる。またこの変速操作装
置は、そのままで逆入力許容装置として利用できるため
、装置全体として軽量小型化できるという効果も得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は無段変速装置を付した自転車の側面図、第２図
は本発明装置を付した無段変速装置の縦断面図、 第８図〜第５図はその分解斜視図、 第６図は無段変速装置のキャリヤ部を一部切欠して示す
部分図、 第７図は本発明の変速操作装置兼逆入力許容装・置の分
解斜視図、 第８図〜第１１図はその作用説明図、 第１２図および第１８図は無段変速装置の作動説明図、 第１４図はその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１２・・
・キャリヤ　１８・・・遊星核１４・・・軸　１６・・
・遊星歯車 １７・・・ラチェット　１８・・・爪 １９・・・ばね　２０・・・揺動ピン ２８・・・太陽歯車　２４・・・クランクギヤ２５・・
・歯車　２７・・・偏心種板 ２８・・・偏心シフター　２８ｂ・・・歯車８２・・・
円形軌道　３８・・・リング８６・・・支ｍｒｄｔ　ｓ
７・・・ブラケット８８・・・ワイヤリール　８９・・
・ビニオン４０・・・ギヤケース　４２・・・固定側歯
車４８・・・軸　４４・・・扇形歯車 ４５・・・中間歯車　４６・・・揺動アーム・４８・・
・軸　４９・・・移動側歯車５１・・・ばね　５２・・
・操作ワイヤ。 特許出願人　ブリデストンサイクル株式会社第１図 第２図 第９図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　自転車のクランク軸５にキャリヤ１２を固定し、こ
   のキャリヤ１２に複数の遊星核１８を回転自在に枢支し
   、これらの各遊星核１８に一方向クラッチを介して遊星
   歯車１６を一方向にのみ回転できるように嵌装し、前記
   遊星核１８の偏心位置に突設した揺動ビン２゜を案内す
   る円形軌道８２を有すると共に外周に歯車２８ｂを形成
   した偏心シフター２８を、外周にクランク軸５と同心の
   歯車２５を形成した偏心桟板２７を介してクランク軸５
   に対して偏心量調整自在に設け、前記各遊星歯車１６と
   それぞれ噛合する太陽歯車２８とクランクギヤ２４を一
   体に形成し、このクランクギヤ２４により出力を取り出
   すようにした無段変速装置を備えた自転車において、ク
   ランク軸５と平行に支持軸８６を自転車のフレームに固
   定して設け、この支持軸８６にブラケ１ット８７の端部
   を嵌合すると共に、ワイヤリール８８とピニオン８９と
   を一体に形成したものとギヤケース４０の一端部を支持
   軸８６に嵌装し、ギヤケース４０の内部に一方向り・ラ
   ッチを内周部に有すると共に前記偏心桟板２７の歯車２
   ５と噛合する固定側歯車４２を介装し、ギヤケース４０
   の他端部を貫通する軸４８の一端に前記ビニオン８９と
   噛合する扇形歯車４４を固着すると共に、ギヤケース１
   ′□４０内の軸４８に前記固定側歯車４２と噛合する中
   間歯車４５を回転自在に嵌装し、ギヤケース４０の外部
   に突出する軸４８に揺動アーム４６の基部を嵌合して固
   定し、揺動アーム４６の遊端部に軸４８を突設し、この
   軸４８に前記中間歯車４５と噛合すると共に、偏心シフ
   ター２８の歯車２８ｂと噛合する移動側歯車４９を回転
   自在に嵌合し、前記軸４８をばね力によって前記無段変
   速装置側に回動させるように付勢し、前記ワイヤリール
   ８８に操作ワイヤ５２を巻き掛けして駆動するようにし
   た自転車用無段変速装置の変速操作装置兼逆入力許容装
   置。