JPS60248487A - 自転車用無段変速装置 - 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】

（技術分野） 本発明は、自転車のクランク軸に一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に関するものである
。 （従来技術） この稗の無段変速装置としては、例えば特開昭５４−９
８７５４号公報に開示されたものがあるが、これは二輪
車の後輪用ハブ軸に装備するようにしたものである。 しかしながら自転車は一般に、クランク軸の回転を増速
しで後輪に伝えるものであるから、クランクギヤが大径
で後輪スプロケットか小径である。 しかして後輪用ハブ軸に前記の変速機を装備すると、後
輪スプロケットの径がある程度大きくなり、・そねに応
じてクランクギヤの径も太きくしなけわげならないため
、伝動装置が大型什するという問題がある。 本発明は上述の間顧点を解決するためになきねたもので
、無段変速装置を自転車のクランク軸に装備できるよう
にして伝動装置を全体として小梅化すると共に、構造か
全体的に簡単で、各部の強序が大で耐久性にすぐねてい
る自転車用無段変速装置を提供することを目的とするも
のである。 上述の目的を達成するだめに本発明においては、自転車
のクランク軸にチェンギャと一体の太陽歯車を回転自在
に嵌合し、クランク軸にクランクアームを固定すると共
Ｇこ駆動歯車を固定し、この駆動歯車を外包するケース
を自転車フレームに固定して設け、前記駆動歯車と噛合
する中間歯車を前Ｐケースに回転自在に枢支し、この枢
支軸によって揺動自在に枢支した板状のシフターに円形
穴を設け、この円形穴に嵌合する段部を有すると共に、
外周に前記中間歯車と噛合する歯車を形成した円環状の
キャリヤギヤを前記シフターに回転自在に・設け、この
キャリヤギヤの側面に複数個のキャリヤピンを突設し、
この各キャリヤビンにそｊぞオコ偏心孔を有する円盤状
の偏心核を回転自在に嵌合し、この各偏心核の外周部に
そわぞわ一方面クラッチを介して遊星歯車を嵌合し、こ
の各遊星歯車が常に前記太陽歯車と噛合するようにばね
により付勢し、前記シフターをその枢支軸を支点として
揺動させることにより、ｌｉｔ記チェンギャより無段変
速の出力を取り出すようにして自転車用無段変速装置を
構成する。 以下図面につし・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、２は立パイプ
、８はチェンステー、４はハンガラッグ、６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
そのロックナツトである。 本実施例においては、クランク軸５にニードルローラベ
アリング８を介して回転自在に嵌合する太陽歯車９をチ
ェンギャ】０と一体に形成１すると共に、この太陽歯車
９とチェンギャ］０との間に太＠歯車９より大径の段部
］１を形成し、さらＧこ・その外周部にリング状の軸受
嵌着部１２を千エンギヤ１０の側面に突設して一体に形
成し、こねを前記ニードルローラベアリング８を介して
クランク軸すに回転自在に嵌合する。 そして軸受嵌着部１２の外周にホールベアリング１８を
介して板状のケース蓋１４を嵌合し、段部１１１．：Ｌ
ｌ一方向クラッチ】５を介して板状の大歯車１６のボス
部１ｆｌａを嵌合する。 この一方向クラッチ１５はどのような形式のものでもよ
いが、例えば第３．５図に示すように、爪１５ａを有す
るリング１５ｂを段部１１に嵌着すると共しこ大歯車１
６のボス部１６ａの内周に爪１５ａと噛合するラチェッ
ト１５　Ｃを形成して一方面クラッチ１５を構成する。 また前Ｆケース蓋】４とビス］７（第１図参照により結
合してケースを形成するケース本体１８の軸孔］８ａ内
にボールベアリング１．９［第５図参１に１）を介して
駆動歯車２ｏのボス部２０ａを回転自在に嵌入し、この
ボス部２０ａの内周部にクランクアーム６のボスｌ１６
ａをセレーション６ｂ１２０ｂ（第１図参照）を介して
嵌着する。 また前記駆動歯車２０と噛合する中間歯車２１を前記ケ
ース１８．４４内に枢支軸２２によりベアリング２３を
介して回転自在に設け、この中間歯＄２１と一体の胴部
２１　ａにベアリング２４を介して板状のシフター２５
のボス部２５ａを嵌合する。このシフター２５には第２
図に示すように円形穴２５ｂを設けると共に前記ボスｔ
ｌＵｌ！５ａの上方にカム孔２５０を設ける。またａ　
ｉｒＩ中間歯車２１の胴部２１ａの端部には、胴部２　
］、　ａより小径のセレーション２１ｂを形成し、組み
立て時前記大歯車］６と噛合する小歯１に２６をその内
周Ｇこ形成１したセレーション２６ａをセレーション２
１ｂに嵌合して中間歯車２１と小歯車２６を一体的に結
合する。 また前記シフター２５の円形穴２６ｂに多数の＃球２７
を介して嵌合する段部２８ａを櫓すると共に、外周に前
Ｆ中間歯車２１と噛合する歯車２８ｂを形成し、さらに
中心孔２８０を設けた円環状のキャリヤギヤ２８を前記
シフター２５に−・球２７を介して嵌合し、段Ｂ２８ａ
の端面に中空円板状のキャリヤプレート２９を当てかう
と共に、ビス３０　ＭＡＺ図＃照）をキャリヤプレート
２９を貫通してキャリヤギヤ２８にねじ込むことにより
キャリヤギヤ２８をシフター２５に回転自在に取り付け
る。 またキャリヤギヤ２８の両側面にそわぞｔ′ｌａｓ個Ｃ
本実施例では片側８個、両側で計６個）のキャリヤピン
８１を突設すると共に、各キャリヤビン８１の（資）囲
にコイルスプリング（けね）嵌合係土用の環状溝８２を
設ける。なおキャリヤプレート２９側のギヤリヤピン８
１はプレー）　２９　ヲ貫通して突設する。２９ａ（第
２図参照）はその貫通孔である。 また環状溝３２内に第２図に示すようなコイルスプリン
グ８８を挿入すると共（、スプリング３３の一端部８８
ＰＬをキャリヤギヤ２８に停止する。そして偏心孔８４
ａｔ−有する円盤状の偏心量８４を各キャリヤビン８１
に嵌合すると共釘、スプリング８８の他端部８８ｂを偏
心量８４に停止・する。そしてこの各偏心量３４の外周
部にそわそわ一方面クラッチ３５を介してリング状の遊
星歯車３６を嵌合し、組み立て時に各遊星歯車３６が前
記コイルスプリング８ａの作用によって常にｍ、１記太
陽歯車９と噛合するように付勢する。 一方向クラッチ３５の形式はどのようなものでもよいが
、例えば第２図に示すように、偏心量３４の外周部に爪
８５ａをリング状のばね８５ｂを介して取り付けると共
に、遊星歯ＴＬ８．６の内周面に爪３５ａと噛合するラ
チェット３５Ｇを形成して一方面クラッチ８５を構成、
する。 また前記ケース１８．１４に設けた枢支軸２２の上方に
おいて、カム軸８７　（第１ｅ参照］を前記シフター２
５のカム孔２５Ｃを貫逆すると共に軸の両端部をケース
１８．１４に支持させて設け、ワイヤーリール８８と一
体に形成した偏心カム４１はワイヤーリール８８に巻き
掛けした変速操作用のインナーワイヤー、４２はそのア
ウターワ・イヤー、４８はアウターワイヤー４２の端部
に固着した調節ねじて、このねじ４３はケース本体１８
の上縁部に設けたわじ孔１８ｂに螺合する。 ４４はそのロックナツトである。 そして上述した各＃ｉ！成１部材は第５図に示すように
組み立てる。すなわち前述したようにケース本体１８と
結合したクランクアーム６をクランク軸５の角筒部に嵌
合してロックナツト７により固定すると共にケース本体
１８とケースＩｋ１４との接合部をビス１７

【第１図参
照）により結合してケース１８．１４を一体化し、この
ケース】８゜１４の後部のケース蓋］４を自転車フレー
ムのチェンステ−３に接合すると共に、第１図に示すよ
うにチェンステ−８に固定金具４５をかぶせて、その両
側フランジ部とケース蓋１４とをねじＣ図示せず］によ
り締結する。４５ａはその固定金具４５に設けたねじ挿
通孔、１−４　ａ、Ｇｌケース蓋１４に設けたわし孔で
ある。また４６は前Ｍ？チェンギャＩＯにかけた千エン
である。 （作用） つぎに上述のようＧこ構成した本発明装部の作用を説明
する。第６図はシフター２５のカム孔２ＦＩＣに嵌合し
ている偏心カム３９の作用によってクランク軸５とキャ
リヤギヤ２８の中心か完全に一致している同化＼状態を
示すものである。この状態から操作ワイヤー４１を矢印
Ａの方向に操作して偏心カムａ９を矢印Ｂのように回転
すると、シフター２５が枢支軸２２を支点として第７図
に矢印Ｃで示すようにケース１８．１４に対して回動す
る。 その結果キャリヤギヤ２８の中心０′がクランク軸５の
中心０よりｌだけ偏心する。 また第７図の状態から操作ワイヤー４１を矢印りの方向
に操作して偏心カム３９を矢印Ｅの方向へ回転させると
、シフター２５が矢印Ｆの方向へ回動して第６図に示す
同心状態に戻る。すなわちシフター２５を第６図と第７
図に示す範囲内で任意に操作することによって、キャリ
ヤギヤ２８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＊ｍの作用を第８図および第９図に
ついて説明する。 第８図は第６図の状態における太陽歯車９と、遊星核８
４と、遊星歯＊８６と、偏心カム８９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を介してクランクアーム６
に固着した駆動歯車２ｏが矢印Ｇの方向に回転すると、
第５図に示すように中間歯車２１を介してキャリヤギヤ
２８がクランク軸５と一体に回転し、その結果ギヤリヤ
ビン８１を介して各偏心核３手および遊Ｍ＃Ｔｉ５ｆＩ
もキャリヤギヤ２８と共に回動する。しかしてこの場合
キャリヤギヤ２８に突設した各キャリヤビン３１けいス
ｈも軸すと同心の円形軌跡Ｈ上を回動するから、偏心核
８４はキャリヤギヤ２８に対しては全く回転しない。 しかしながら各遊Ｍ′＃１車３６は太＠歯車９とそわぞ
ねコイルスプリング８３の作用によって噛合化でいるた
め、この太＠歯車９の負荷抵抗によっ□て各遊星歯車３
６は第８図において矢印Ｉの詩語方向に回転しようとす
るが、この回転はう千エツト８５Ｃと爪ａ５ａがら成る
同方向クラッチ３５の作用によって阻止される。したが
って太＠歯車□９はキャリヤギヤ２８と一体的に回動す
る遊星歯車８Ｂによって第８図の矢印Ｊ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Ｇ：ｊｌ：１である。 ”：）ｙに変速操作によって、シフター２５をｉ７゜９
図に示す偏心状態にした場合は、クランクアーム６の矢
印Ｇ方向の回転にともなって、前述したようにキャリヤ
ギヤ２８がクランクアーム６と一体的に回転し、その結
果各偏心核８４もキャリヤビン８１と共に回１するが、
この場合者キャリヤビン３１の円形軌跡Ｈは太＠歯車９
の中心０に対シテ偏心しており、かつ各遊星網車３６は
コイルスプリング８ａの作用によって常に太陽歯車９と
噛合するように付勢さねているから、各偏心核３４はキ
ャリヤギヤ２８に対しても時々刻々回動する。 、すなわち第８．９図において太陽歯車９の中心を０と
し、各位相におけるキャリヤビン３１の中心をＫとし、
遊星歯車８６の円りｈｌ上の定点をＭとすると、△ＯＫ
Ｍであるθは、第８図の場合は常に一定であるが、第９
図の場合はそわぞわθ１゜θ２．θ８．θ４のように変
化する。そして相互間にはＵｌ〈θ２〈θ８〉θ鳴〉θ
□の関係が生ずる。 すなわちこの０１〜θ８までの間の遊星＃東３６には第
９図に示す矢印Ｎ方向の回転が生ずるため、この矢印Ｎ
方向の回転と、キャリヤギヤ２８の回転による遊星歯車
３６の矢印Ｇ方向の公転によって、こわと噛合する太陽
歯車９を第９図の矢印Ｐで示すようにクランク軸５鉛よ
り増速して回転させる。なおこの場合本実Ｍ例では遊星
歯車８６か６個あるため、回転増速域にない＃ｋｌ止８
６は増速さねないが、前記した同方向クラッチ８５の作
用によって６個の遊星歯車８６の中、その時＃高の増速
域にある１個の遊星歯車３６のみか太陽歯車９を駆動し
、残りの５個の遊ＪｌｔＩｉ８６は、逆にその大ｍｔｉ
ｌｌ車９によって回転させられるようにな・る。ｔｚわ
ぢこの時その歯車３６のう千エツト８５Ｃ，番ｊ爪３５
ａに対してすべってＩｉ１転することになる。 第１０図は縦座標に増速変速比をとり、横座標にクラン
ク軸５の回転角度をとって示した本発明装置の増速特性
を示すものである。 こねかられかるように、変速比の変動をできるだけ小さ
くするためには、遊星歯止３６の使用個数を多くするの
かよい。本実施例では６個の遊星歯車３６を使用してい
るため、第９図に示す角度範囲Ｑ（約６００）が各遊星
歯車３６の太陽歯車９に対する駆動域となる。したかっ
て第１０図がらみで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１の場合と最大増速比の場
合を説明したか、シフター２５の回１Ｅ１１操作１を、
第６図および第７図の中ｍ１の任意量に設定することに
よって、本発明装置によりげ、無段階で任意の速度比が
得らねることは説明するまでもなく明らかである。 ・　以上は本発明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
装備した自転車か、例えば坂の途中に停止した時、重力
の作用によって１！退したとすると、後輪が逆回転する
と共に、チェノ４６およびチェノギャ１０を介して本発
明の無段変速装置の太陽歯車９に第８図の矢印Ｒで示す
方向の逆入力か作用することしこなる。 この逆入力か作用すると、本発明装置はその機１１１上
セルフロックが生じて逆転できす、装置の各部に無理な
力が作用するため、本発明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Ｑる。 前述した小歯車２６と大歯車１６はこの逆入力を許容す
るためのもので、以下にその作用を説明する。 すなわち第８図において、前述したように太陽歯車９に
矢印Ｒの方向の回転力が作用すると、この太＠歯車９と
そわそわ噛合している各遊星歯車３６が第８図の矢印Ｉ
の方向に回転しようとする・が、この回転は一方向クラ
ッチ３５によって阻止されでいるため回転不能である。 しかし１（がら本発明装置内には前述したようＧこ小歯
車２６と大歯車１６とを組み込んであり、これによって
逆入力を許容することかできる。 すなわち第８図に示すように、クランクアーム６の矢印
Ｓ方向の正転時には、駆動歯車２０を介して中間歯車２
１が矢印Ｔ方向に回転し、この回転が小歯車２６を介し
て大歯車１６に矢印Ｕ方向の減速ざねた回転を伝える。 しかしながら止転時において太陽歯車９の回転は駆１歯
車２０の回転と等しいかあるいは増速回転芒ねているた
め、太［ｉｌ車９に固定した一方向クラッチ１５のリン
グ１ｆｉｂの回転は、駆動歯車２０より減速ぎれている
大歯車１６よりも同方向でしかも速いことは明らかであ
る。このため正転時には大歯車１６が矢印Ｕの方向に回
転するがリング１５ｂはこねより更に速い速度で同方向
に回転するため、一方向クラッチ１５はすべっている状
態となる。したかつて装置に無理な力が作用することは
ない。 ・　また前記した逆転時に第３図の矢印Ｖの方向の回転
力か千エンギヤ］０を介して一方向クラッチ１５のリン
グ１６ｂおよび太陽歯車９に作用すると、一方向クラッ
チ１５を介して大歯＊１６が矢印Ｗの方向に回転する。 このため小歯車２６、中間歯車２１を介して駆動歯車２
０が矢印Ｘの方向に大歯車】６よりも増速さねて回転す
る。したがってキャリヤギヤ２８も駆動歯車２０と一体
的に大歯車１６よりも増速２わて第８図の矢印Ｙの方向
に回転するため、前記歯車１ｆｌ、２６，２１゜２８に
よる増速比を偏心核８４による増速比よりも大きく設定
すわば、逆転時においても遊星歯車ａ６は偏心核３４に
対して第８図の矢印２の方向に回転することになるため
、ロック現象は生じない。このため本発明袋＠は逆転時
においてもロック現、象か生じることなく、装置各部に
無理な力が作用するおそわもない。 （効果） つぎに本発明装置の効果を説明する。本発明の無段Ｖ速
装置は上述のように自転車の後輪ハブ軸・でなく、クラ
ンク軸に装備するようにしたから、クランクギヤと後輪
用スプロケットとの直径比を大きくとねる上に、伝動装
置が全体的にも大型化しないという効果が得らｊる。 また本発明装置は変速機構および逆入力許容機構か簡単
で、全体的にも構造が簡単であり、各部の強度も大であ
るから耐久性が向上するという効果がある。 またこの種の無段変速装置は遊星歯車装部を利用して増
速するものであり、その増速比は遊星歯車の径と、太＠
歯軍の径の比によって定まり、また伝動力は遊星歯車の
使用個数か多い程脈勧が小さくなるという性質かある。 しかしながら既知の無段変速機のようＧこ同一平面上に
すべての遊星歯車と太＠歯車を配置する場合は、第１１
図（ａＭｂ＋（ｃｌに示すように、遊星歯車Ｐの個数を
多くすわば、太陽歯車Ｓの径か太きくなるため増速比が
小さくなり、また遊か歯車Ｐの径を太陽歯車Ｓの径に比
して太きくして増速比を大にすわば、遊星歯′ｇＰの個
数が少なく・なって脈動か犬きくなるという問題がある
。 しかしｔｆがら前述した本発ＢＦＩ実施１例の無段変速
装置のように、遊星歯車装置をクランク軸に対して二重
に配置すわば、か】２図に示すように遊星歯車Ｐの怪を
太＠歯車Ｓの径に対Ｉ、て太きくして増速比を大きくで
きる上に、遊星１車Ｐの個数を多くして伝動力の脈動を
小どくすることができるというすぐれた効果か得らねる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の分解斜視図、 第２図はその要部の分解斜視図、 か８図および第４図は本発明装置の部分組み立て状態を
示す正面図、 第５図は本発明装置の横断平面図、 第６図および第７図は本発明装置の偏心操作装置の作用
説明図、 第８図および第９図は本発明装置の変速作用説明ジ１、 第１０図は本発明装置による増速特性図、第１］図およ
び第】２図は遊￥ｈ車と太陽歯車・の各種紐み合わせ状
態を示す説ｕＩ１図である。 ５・・・クランク軸　６・・・クランクアーム９・・・
太陽歯車　１０・・・チェンギャ１４・・・ケース蓋（
ケース） 】５・・・一方向クラッチ　１６・・・大歯止１８・・
・ケース本体Ｃケース） ２０・・・駆動歯車　２１・・・中間仲イ車２２・・・
［支軸２５・・・シフター ２６・・・小歯車　２７・・・−球 ２８・・・キャリヤギヤ　２９・・・ギヤリヤプレート
８１・・・キャリヤビン　８２・・・環状溝３８・・・
コイルスプリング（げわ） ３４、・・・偏心核８５・・・一方向クラッチ８６・・
・遊星歯車　３７・・・カム軸３８・・・ワイヤリール
　３９・・・偏心カム４１・・・インナーワイヤー ４２・・・アウターワイヤー ４５・・・固定金具　４，６・・・千エン。 第５図 第６図 第７図 第８図 第１Ｏ図 蟲動軸の回転角度（度）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　自転車のクランク軸にチェンギャと一体の太陽歯車
   を回転自在に嵌合し、クランク軸にクランクアームを固
   定すると共に駆動歯車を固定し、この駆動歯車を外包す
   るケースを自転車フレームに固定して設け、前記駆動歯
   車と噛合する中間歯車を前記ケースに回転自在に枢支し
   、この枢支軸によって揺動自在に枢支した板状のシフタ
   ーに円形穴を設け、この円形穴に嵌合する段部を有する
   と共に、外周に前記中間歯車と噛合する歯車を形成した
   円環状のキャリヤギヤを前記シフターに回転自在に設け
   、このキャリヤギヤの側面に？ｌｌ数個のキャリヤビン
   を突設し、この各キャリヤビンにそねぞわ偏心孔を有す
   る円盤状の偏心核を回転自在に嵌合し、この各偏心核の
   外周部にそわそわ一方向クラッチを介して遊星歯車を嵌
   合し、この各遊星歯車が常に前記太陽歯車と噛合するよ
   うにばねにより付勢し、前記シフターをその枢支軸を支
   点として揺動させることにより、前記チェンギャより無
   段変速の出力を取り出すようにした事を特徴とする自転
   車用無段変速装置。