JPS61115789A

JPS61115789A - 自転車用無段変速装置

Info

Publication number: JPS61115789A
Application number: JP23665784A
Authority: JP
Inventors: 高宮　喜久三; 小栄　国敏
Original assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Priority date: 1984-11-12
Filing date: 1984-11-12
Publication date: 1986-06-03
Also published as: JPH0228512B2

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、主に自転車のクランク軸に装備するのに適し
た無段変速装置に関するものである。

（従来の技術）従来の自転車用変速機としては、チェン掛は換え式変速
機、歯車式有段変速機、ベルト無段変速機、および特開
昭５４−９３７５４号公報に開示された非回転カムを有
する無段変速機等がある。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら上述のチェン掛は換え式および歯車式有段
変速機は無段変速は行えず、またベルト式無段変速機で
は、伝動損失が大きく、変速所要時間も長くかかる上に
、緊急時に際して変速が瞬間的に行えないなどの欠点が
ある。

また特開昭５４−９３７５４号の非回転カムを有する無
段変速機は、クランクリングを内装した遊星歯車装置を
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、太陽歯車の径の比によって定まり、またその伝動
力は遊星歯車の使用個数が多い程脈動が小さくなるとい
う性質がある。

しかしながらこの装置では構造上、変速比の変動中を大
きくと゛れないという問題点があると共に、遊星歯車の
使用個数には限界があるため、伝動力の脈動も成る程度
以上は小さくできないという問題点があった。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので
、伝動損失が小さく、停止および走行駆動中の変速も可
能である上に、変速比の変動中を大きくでき、かつ伝動
力の脈動もきわめて小さくできる無段変速装置を提供す
ることを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）上述の問題点を解決するため本発明においては、駆動軸
に対して偏心量調整自在な偏心カムを回転駆動自在に設
け、この偏心カムの両側を正転時に固定部材に係止され
る基盤によって囲むと共に、内周面にラチェットを設け
た出力用従動リングを前記基盤の外周部に回転自在に設
け、ベルクランクの一端部を前記基盤に枢支すると共に
、ベルクランクの隅部を前記偏心カムの外周部に弾接さ
せ、ベルクランクの他端部に枢支した爪を前記従動リン
グのラチェットに弾接するようにした加速子を前記偏心
カムと従動リングとの間に複数個配設して無段変速装置
を構成する。

（作　用）本発明装置は上述のように構成したから、その出力用従
動リングにスプロケットを一体に形成することによりチ
ェン伝動ができる。したがって従来のベルト伝動式の変
速機のスリップによる伝動損失を除去することができる
。

また本発明装置はその構造上停止中でも走行駆動中でも
変速操作を無理なく確実に行うことができ、しかもその
変速操作はきわめて容易である。

さらに本発明装置は従来のクランクリングを内装した遊
星歯車を使用した変速装置と比較した場合、単に揺動運
動をする加速子によって変速させるものであり、この加
速子は従来の遊星歯車に対してはるかに多く　（約２倍
）配設することができるから、それだけ伝動力の脈動を
小さくすることができる。

また変速伝動速度の大小を決める加速子の揺動ド作動範囲は、構造上０°から約１００°まで可能である
ため、変速比の変動中を従来の遊星歯車を使用したもの
より著しく拡張することができる。

（実施例）以下、図面について本発明を自転車用の無段変速装置に
適用した場合の一実施例を説明する。図中１　（第３図
参照）は自転車フレームのメインパイプ、２は立パイプ
、３はチェンステー、４はハンガラッグ、５はクランク
軸（駆動軸）、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、８はチェ７である。

９はクランクアーム６と一体に固着した円板状のキャリ
ヤ（第４図参照）で、このキャリヤ９の同一円周上に複
数（本実施例では４個）の軸１ｏを配設し、これらの軸
１０にそれぞれ遊星歯車１１を回転自在に嵌合しである
。また１２はキャリヤ９の外周部に嵌合したベアリング
である。

１３は遊星歯車１１とそれぞれ噛合するようにベアリン
グ１４を介してクランク軸５に回転自在に嵌合した太陽
歯車で、この太陽歯車１３に隣接して円板状のフランジ
１３ａ（第４図参照）が一体に形成してあり、このフラ
ンジ１３ａには半径方向に沿った長孔１３ｂが設けられ
ている。またフランジ１３ａに続いて軸筒部１３ｃが一
体に形成されており、この軸筒部１３ｃの端部には段付
き小径部１３ｄが形成されている。

１５は太陽歯車１３の軸筒部１３ｃに回転自在に嵌合す
る内側偏心カムで、このカム１５に隣接してクランク軸
５と同心の円筒部１５ａが一体に形成されている。１６
は内側偏心カム１５の外周部に回転自在に嵌合した外側
偏心カムで、このカム１６の一側面には前記太陽歯車１
３のフランジ１３ａに設けた長孔１３ｂと摺動自在に嵌
合する突起１６ａが突設されている。

１７はカム１６の外周に嵌合したベアリングである。

また１８はキャリヤ９の外周に設けたベアリング１２の
外周部に嵌合すると共に、４個の遊星歯車１１とそれぞ
れ噛合する内歯歯車１８ａを有し、さらに太陽歯車１３
のフランジ１３ａの外周部と遊嵌するフランジ部１８ｂ
を一体に形成した基盤Ａであり、１９は内側偏心カム１
５の円筒部１５ａに嵌合したベアリング２０の外周部に
嵌合する中空円板部１９ａを有すると共に、リング状外
周部の内周面に一方向クラフチ２１用のラチェット２１
ａを形成した基盤Ｂであり、これらの基盤１８．１９に
よって偏心カム１５．１６の両側を囲むようにしである
。

また内側偏心カム１５と一体の円筒部１５ａの端面には
差動歯車Ａ２２がビス２２ａ（第３図参照）により固定
してあり、この差動歯車Ａ２２と隣接して同径の差動歯
車Ｂ２３が、太陽歯車１３と一体の段付小径部１３ｄに
固定して設けられている。２４は基盤Ｂ１９のラチェッ
ト２１ａの内側に遊嵌合する中空円板状の差動フレーム
（第３図参照）で、この差動フレーム２４はハンガラッ
グ４（車体）に固定しである。

このフレーム２４の外周面には、ラチェット２１ａと係
合する一方向クラッチ２１用の爪２１ｂがばね２１ｃに
より常にラチェット２１ａと噛合する方向に付勢されて
設けられている。また差動フレーム２４のリング状外周
部の内側には、リング状の内歯歯車２５が回転自在に嵌
装されており、差動フレーム２４の車体側の側面にはワ
イヤリール２６が回転自在に装置されている。２７はワ
イヤリール２６を差動フレーム２４に保持させるための
リング状のプレートで、２８（第３図参照）はその止め
ビスである。２９はワイヤリール２６に巻きつけたイン
ナワイヤで、３０はそのアウタワイヤである。

また差動フレーム２４の板状部には、複数（本実施例で
は３個）の軸３１が円周等分位置に突設されており、こ
れらの軸３１に前記差動歯車Ｂ２３と外接噛合すると共
に、リング状の内歯歯車２５と内接噛合する遊星歯車３
２をそれぞれ回転自在に嵌合しである。また２４ａは軸
３１間の差動フレーム２４に形成した円弧状の長孔で、
３３はこれらの長孔２４ａを貫通するようにワイヤリー
ル２６の側面に突設した軸であり、３４はこれらの軸３
３に回転自在に嵌合した遊星歯車で、この各遊星歯車３
４は、差動歯車Ａ２２と外接噛合すると共に、内歯歯車
２５と内接噛合するようにしである。

３５は断面形状を略コ字状に形成すると共に、その−側
にスプロケット３６を一体に形成した出力用従動リング
で、前記基盤Ａ１８と基盤Ｂ１９の外周部にベアリング
（多数の鋼球）３７を介して回転自在に嵌装されている
。

この出力用従動リング３５の内周部の凹所には、傘歯車
３８ａの内周にラチェット３８ｂを形成した２個のラチ
ェットリング３８が回転自在に並設されており、この並
設した２個のラチェットリング３８の傘歯車３８ａとそ
れぞれ噛合する複数個（本実施例では５個、第２図参照
）の傘歯車３９を軸４０を介して出力用従動リング３５
に枢支しである。４１はそのロックナンドである。

また２枚の板状ベルクランク４２を前記ベアリング１７
および外側偏心カム１６を挟むように対向させて１組の
ベルクランクとし、そ、のベルクランク４２の一端部を
枢支軸４３により左右の基盤Ａ１Ｂおよび基盤Ｂ１９に
枢支すると共に、ベルクランク４２の隅部にベアリング
１７と接合するローラ４４を軸４５により枢支し、ベル
クランク４２の他端部に軸４６により枢支した爪４７を
従動リング３５のラチェット３８ｂのいずれか一方に軸
４６に嵌装したコイルばね４８により常に弾接させるよ
うにして加速子４９を構成しである。

この加速子４９は第２図に示すように、ベアリング１７
とラチェッＩ−３８ｂとの間に複数個（本実施例では１
０個）配設し、隣接する加速子４９の爪４７は左右交互
に配置してそれぞれ左右のラチェット３８ｂと交互に弾
接するようにしである。

また隣接する加速子４９間の空所に、それぞれコイルば
ね５０（第２．４図参照）を嵌装したカラー５１を、左
右の基盤１８．１９間に介挿し、基盤Ｂ１９の孔１９ｂ
より挿入したビス５２をカラー５１を介して基盤Ａ１８
に設けたねじ孔１８ｃにねじ込むことにより、左右の基
盤１８．１９の連結を確実にすると共に、コイルばね５
０の一端部５０ａを基盤Ａ１８に係止し、その他端部５
０ｂを第２図に示すように、ローラ４４の軸４５に押し
つけることにより、ローラ４４が常にベアリング１７と
弾接するようにしである。

なお、第４図中の１８ｄは基盤Ａ１８に設けた前記加速
子４９の枢支軸４３の軸孔であり、１９ｃは基盤Ｂ１９
に設けた軸孔である。

次に上述のように構成した本発明無段変速機の作用を説
明する。

まず変速操作について説明すると、自転車に取り付けた
変速レバー（図示せず）を操作することにより、第３，
６図に示すインナワイヤ２９を矢印りの方向に移動させ
ると、ワイヤリール２６が第３図の矢印Ｅの方向に回動
するため、軸３３も°矢印Ｅの方向に回動する。この場
合自転車が停止中であれば、クランク軸５、クランクア
ーム６、キャリヤ９、遊星歯車１１、太陽歯車１３、差
動歯車Ｂ２３、遊星歯車３２、内歯歯車２５がすべて停
止している。

したがって軸３３が矢印Ｅの方向に移動すると、遊星歯
車３４が第６図の矢印Ｅの方向に回転するため、これと
噛合する差動歯車Ａ２２を矢印Ｅの方向に回転させる。

そして差動歯車Ａ２２は内側偏心カム１５と固着してお
り、また外側偏心カム１６は突起１６ａ、長孔１３ｂを
介して停止中の太陽歯車１３と連結しているため、結局
インナワイヤ２９が移動すれば内側偏心カム１５が外側
偏心カム１６に対して差動することになる。

第７図および第９図は上述の操作の結果、外側偏心カム
１６が最大偏心状態にある場合を示すものである。

つぎにインナワイヤ２９を前とは逆に矢印Ｇの方向に操
作すると、ワイヤリールレ２６および軸３３が矢印Ｈの
方向に回動するから、遊星歯車３４が矢印Ｉの方向に回
転して差動歯車Ａ２２を矢印Ｈの方向に回転させる。こ
のため第７図において内側偏心カム１５が矢印Ｉの方向
に回転して第８図に示すように約θ°回転すると、外側
偏心カム１６は本実施例における最小の偏心状態になる
。

なお本実施例は自転車用の無段変速機であるから、外側
偏心カム１６の最大偏心度（第７図の状態）および最小
偏心度（第８図の状態）はこの程度でよいが、同様の構
造で最大偏心度をもっと大きくすることもできるし、ま
た最小偏心度はＯにすることも容易にできる。

また以上の変速操作は便宜上、自転車が停止している場
合について説明したが、自転車が走行中においても上述
した変速操作は可能であるから、これによれば停止中で
も走行中においても変速操作が容易確実にできてきわめ
て便利である。

つぎにこの無段変速装置の変速伝動作用について説明す
る。

クランクアーム６を介してクランク軸（駆動軸）５を回
転させると、クランクアーム６と一体にキャリヤ９が第
５図において矢印Ｊで示すように回転する。そのため軸
１０も矢印Ｊの方向に公転するから、太陽歯車１３に回
転抵抗があれば、基盤Ａ１８も矢印Ｊの方向に回転しよ
うとするが、この矢印Ｊ方向の回転は第６図（第５図と
反対方向から見ているため矢印Ｊは反対になっている）
に示すように、ラチェット２１ａ　と爪２１ｂよりなる
一方向クラッチ２１の作用によって阻止されている。

したがって第５図においてキャリヤ９および軸１０が矢
印Ｊの方向に回動すると、内歯歯車１８ａと遊星歯車１
１との噛合によって遊星歯車１１が矢印にの方向に回転
すると共に、太陽歯車１３が矢印りの方向にクランク軸
５より増速されて回転する。

太陽歯車１３が回転するとフランジ１３ａの長孔１３ｂ
および突起１６ａを介して外側偏心カム１６が共に矢印
りの方向に回転すると共に、差動歯車Ｂ２３の回転が、
遊星歯車３２、内歯歯車２５、遊星歯車３４、差動歯車
Ａ２２を介して内側偏心カム１５に伝わるため、遊星歯
車３２．３４間の位相が変化しない限り、すなわちイン
ナワイヤ２９を操作してワイヤリール２６を回転させな
い限り、外側偏心カム１６と内側偏心カム１５とは一体
的に回転する。

第７図は前述したように本実施例における外側偏心カム
１６の最大偏心時の状態を示すものであるから、この状
態で外側偏心カム１６が内側偏心カム１５と共に、第９
図に示すように矢印りの方向に回転すると、左半分に示
す状態では加速子４９が点線で示す状態になる。この時
爪４７は出力用従動リング３５内のラチェット３８ｂと
点Ｍにおいて噛合している。

またこの状態からカム１５．１６が１８０°回転すると
、第９図の右半分に示す状態となるが、この場合加速子
４９のローラ４４がカム１６の外周に嵌合しているベア
リング１７の外周面とコイルばね５０の作用によって弾
接しているため、加速子４９は枢支軸４３を支点として
点線図示位置から実線図示位置まで回動する。その結果
爪４７とラチェット３８ｂとの噛合点はＭからＮにｌｌ
だけ移動する。すなわちこのＪ、の爪の移動によって出
力用従動リング３５は矢印０の方向に回転駆動されるこ
とになる。

しかして加速子４９は円周上に１０個配置されており、
これら１０個の加速子４９が順に！、づつ従動リング３
５を回転させるため、結局従動リング３５は連続して回
転する。

また第８図は前述したように本実施例における外側偏心
カム１６の最小偏心時の状態を示すものであるから、こ
の状態で外側偏心カム１６が内側偏心カム１５と共に、
第１０図に示すように矢印りの方向に回転すると、左半
分に示す状態では加速子４９が点線で示す状態になる。

この時爪４７は出力従動リング３５のラチェソ）　３８
ｂと点Ｐにおいて噛合している。

またこの状態からカム１５．１６が１８０°回転すると
、第１０図の右半分に示す状態となった加速子４９は枢
支軸４３を支点として点線図示位置から実線図示位置ま
で回動する。その結果爪４７とラチェット３８ｂとの噛
合点はＰからＱに１２だけ移動する。

すなわちひの１２の爪の移動によって出力用従動リング
３５は回転駆動されることになる。

上述のようにカムの最大偏心時にはカムの半回転毎にｌ
ｌだけ回転し、最小偏心時には１２だけ回転するから、
この１２１７１ｇが変速比の変動中（変動倍率）となる
。本実施例の場合、ｌｌ／７！ｔ＃２．５であるが、前
述したように本発明装置においては、カムの最小偏心量
をＯにすることも容易にできるから、この変速比の変動
倍率は必要に応じて無限大にまで増大することが可能で
ある。したがって本発明の無段変速装置は、その変速比
の変動倍率を必要に応じていくらでも大きくできるとい
う特長がある。

つぎに脈動緩衝作用について説明する。前述したように
加速子４９の爪４７が係合するラチェット３８ｂは出力
用従動リング３５と一体に形成しても、この装置は勿論
差動する。この場合１０個の加速子４９のうち最も速い
速度で従動リング３５を作動させるもののみが従動リン
グ３５を駆動し、他の加速子４９の爪４７はラチェット
３８ｂに対してすべることになる。

しかしながら加速子４９の爪４７の駆動作用は、前記し
た１１またはＥ２の範囲内において、たとえクランク軸
５の回転が等速度であっても、厳密に云えば等速度では
ない。しかしながら本発明においては、この加速子４９
を多数（本実施例では１０個）配設しであるため、この
多数の加速子４９が順に作用して従動リング３５を駆動
する結果、前記した不等速による脈動を大巾に減少させ
ることができる。

また本実施例においては、２個のラチェットリング３８
を従動リング３５内に回転自在に並設すると共に、この
２個のラチェットリング３８の傘歯車３８ａとそれぞれ
噛合する複数個の傘歯車３９を軸４０を介して従動リン
グ３５に枢支し、隣接する加速子４９の爪４７は左右交
互に配置して、それぞれ左右のラチェッ）　３８ｂと交
互に弾接するように構成したから、加速子４９による従
動リング３５の駆動時には、左右２個の爪４７が同時に
ラチェット３８ｂと噛合して従動リング３５を駆動する
ことになる。すなわちこの駆動は自動車の差動歯車装置
（デファレンシャルギヤ）を介する駆動輪の駆動と同様
の差動をするため、左右の爪４７の平均速度で従動リン
グ３５が駆動されることになる。したがってこの差動歯
車機構によって伝動力の脈動はさらに減少する。

つぎに逆入力許容装置の作用を説明する。上述の説明は
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
４図においてチェノ８が矢印Ｒの方向に移動するため、
第９図に示すようにスプロケット３６を介して従動リン
グ３５を矢印Ｓの方向に回転させる逆入力が作用する。

従動リング３５が矢印Ｓの方向に回転すると、ラチェッ
）３８ｂ、爪４７を含む加速子４９も矢印Ｓの方向に回
動し、その結果加速子４９の枢支軸４３を介して基盤１
８．１９も第６図に示すように矢印Ｓの方向に回転しよ
うとする。

この場合本実施例においては、基盤１８．１９をそれぞ
れベアリング１２．２０によって回転自在に支持すると
共に、固定部材である差動フレーム２４と基盤Ｂ１９と
の間には矢印Ｓ方向の回転を許容する−方向クラッチ２
１を設けであるため、矢印Ｓ方向の逆入力は上述の機構
によって無理なく許容することができる。

なお、この逆入力時にランクアーム６およびクランク軸
５が停止していれば、キャリヤ９も停止しているため、
第５図に示すように基盤Ａ１８が矢印Ｓの方向に回転す
ると、遊星歯車１１が矢印にの方向に回転すると共に、
太陽歯車１３が矢印りの方向に回転する。

このため前述したように加速子４９が差動するが、この
場合は加速子４９を枢支軸４３を介して支持している基
盤１８．１９が第９図において矢印Ｓの方向に回転して
逃げるから、何等支障はない。

（発明の効果）本発明の無段変速装置は上述のように構成したから、そ
の出力用従動リングにスプロケットを一体に形成するこ
とによりチェノ伝動ができる。したがって従来のベルト
伝動式の変速機のスリップによる伝動損失を除去するこ
とができるという効果が得られる。

また本発明の無段変速装置は、その構造上停止中でも走
行駆動中でも変速操作を無理なく確実に行うことができ
る上に、その変速操作はきわめて容易であるという効果
もある。

さらに本発明の無段変速装置は従来の遊星歯車を使用し
た変速装置と比較した場合、単に揺動運動をする加速子
によって変速させるものであり、この加速子は従来の遊
星歯車に対して、はるかに多く　（約２倍）配設するこ
とができるから、それだけ伝動力の脈動を小さくするこ
とができるという効果が得られる。

また変速伝動速度の大小を決める加速子の揺動作動範囲
は、構造上加速子の揺動角度を０°から約１００°まで
任意に設定することが可能であるため、変速比の変動中
（変動倍率）を従来の遊星歯車を使用したものより著し
く拡張することができるというすぐれた効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図および第４図は本発明装置の分解斜視図、第５図
は第１図のＢ−Ｂ断面図、第６図は第１図のＣ−Ｃ断面図、第７図および第８図は偏心カム部を一部切欠して示す正
面図、第９図および第１０図は加速子の作動説明図である。４・・・ハンガラッグ　　５・・・クランク軸（駆動軸
）６・・・クランクアーム　８・・・チェノ９・・・キ
ャリヤ　　　　１１・・・遊星歯車１２・・・ベアリン
グ　　　１３・・・太陽歯車１５・・・内側偏心カム　
　１６・・・外側偏心カム１７・・・ベアリング　　　
１８・・・基盤Ａ１９・・・基盤Ｂ　　　　　　２０・
・・ベアリング２１・・・一方向クラッチ　２２・・・
差動歯車Ａ２３・・・差動歯車Ｂ　　　　２４・・・差
動フレーム２５・・・内歯歯車　　　　２６・・・ワイ
ヤリール２７・・・プレート　　　　２９・・・インナ
ワイヤ３０・・・アウタワイヤ　　３２．３４・・・遊
星歯車３５・・・出力用従動リング３６・・・スプロケット　　３７・・・ベアリング３８
・・・ラチェットリング３９・・・傘歯車　　　　　４２・・・板状ベルクラン
ク４３・・・枢支軸　　　　　４４・・・ローラ４７・
・・爪　　　　　　　４８・・・コイルばね４９・・・
加速子　　　　　５０・・・コイルばね５１・・・カラ
ー第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

１、駆動軸に対して偏心量調整自在な偏心カムを回転駆
動自在に設け、この偏心カムの両側を正転時に固定部材
に係止される基盤によって囲むと共に、内周面にラチェ
ットを設けた出力用従動リングを前記基盤の外周部に回
転自在に設け、ベルクランクの一端部を前記基盤に枢支
すると共に、ベルクランクの隅部を前記偏心カムの外周
部に弾接させ、ベルクランクの他端部に枢支した爪を前
記従動リングのラチェットに弾接するようにした加速子
を前記偏心カムと従動リングとの間に複数個配設した事
を特徴とする無段変速装置。