JPS61143278A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、自転車のクランク軸に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。

（−従来の技術） この種の無段変速装置としては、例えば特開昭５４−９
３７５４号公報に開示されたものがある。

（発明が解決しようとする問題点） この無段変速装置は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。

しかしながら前記した従来の無段変速機のように同一平
面上にすべての遊星歯車と太陽歯車を配置する場合は第
６図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、遊星歯車Ｐの個
数を多くすれば、太陽歯車Ｓの径が大きくなるため増速
比が小さくなり、また遊星歯車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れば、遊星歯車Ｐの
個数が少なくなって脈動が大きくなるという問題点があ
る。

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
、遊星歯車増速装置を二段に設けることににす、第１段
の太陽歯車の径を比較的大きくザると共に、遊星歯車の
個数を多くして伝動力の脈動を小さくする上に、自転車
として十分な増速比を得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） 上述の目的を達成するために本発明においては、自転車
の後輪ハブにスプロケッ１−と一体のキャリヤを回転自
在に設け、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りラッヂを介して遊星
歯車を一方向にのみ回転できるように嵌装づ−ると共に
、前記遊星核の偏心位置に突設した揺動ピンを案内する
円形軌道を後輪ハブ軸に対して偏心量調整自在に設け、
前記各）Ｗ星歯車とそれぞれ噛合する第１太陽歯車を接
輪ハブ軸に回転自在に設けると共に、この第１太陽歯車
に複数の遊星歯車を回転自在に枢支し、これらの遊星歯
車を前記キャリヤに形成した内歯歯車と噛合させると共
に、これらの遊星歯車とそれぞれ噛合する第２太陽歯車
を後輪ハブに一体に形成して自転車用無段変速装置を構
成する。

（作　用） 上述のように本発明においては、遊星歯車増速装置を二
段に設けることにより、第１段の太陽歯車の径を比較的
大きくすると共に、遊星歯車の使用個数を多くして伝動
力の脈動を小さくする上に、自転車として十分な増速比
を得ることができる。

（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（第７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はクランク軸、
５はクランク軸４に固定したクランクギヤ、６はクラン
ク軸４に嵌着するクランクアーム、７はチェンステ−３
にロックナツト８（第１図参照）による固定した後輪ハ
ブ軸、９は後輪ハブ軸７にベアリング１０．１１を介し
て回転自在に一３＝ 嵌装した後輪ハブ、１２はスポーク、１３（第７図参照
）は後輪、１４は後輪用スプロケット、１５はヂエンで
ある。

本実施例においては、後輪ハブ９のヂエン１５側のフラ
ンジ９ａを大径の円板状に形成すると共に、その中心部
に第２太陽歯車１６を後輪ハブ９と一体に形成し、この
第２太陽歯車１６の外側において、第２太陽歯車１６よ
り大径の第１太陽歯車１７をベアリング１８を介して後
輪ハブ軸７に回転自在に設け、この第１太陽歯車１７の
内側面の同一円周上に、複数（本実施例では４個）の軸
１９を円周等分位置に突設し、これらの軸１９に前記第
２太陽歯車１６とそれぞれ噛′合する遊星歯車２０を回
転自在に設ける。

なお２１は軸１９の突出端部を保持するために後輪ハブ
９のフランジ９ａの環状凹陥部に設けたリング状の軸保
持板である。またこの軸保持板２１は第１太陽歯車１７
と一体に形成してもよい。

また第１太陽歯車１７より外側の後輪ハブ軸７に、第２
図に示１−ように後輪ハブ軸７の中心０１に対してその
中心０２がｐｌだけ偏心した固定偏心力ム２２を一体に
形成し、この固定偏心カム２２の中心０２に対してＪ２
２だけ偏心した中空円板状の偏心シフター２３を操作ワ
イヤー用のり−ル２４と一体に固着して固定偏心カム２
２の外周部に回転自在に嵌合し、環状凹溝２５ａを一側
面に形成したリング状の円形軌道２５を偏心シフター２
３の外周部にボールベアリング２６を介して回転自在に
嵌装する。

そして固定偏心カム２２、リール２４、偏心シフター２
３および円形軌道２５の外側面をカバーする円板状のケ
ース２１を、固定偏心カム２２とロックナツト８との間
の後輪ハブ軸７に嵌合して固定する。なお２８は前記リ
ール２４に巻きつけた操作ワイヤーである。

また外周部に前記後輪用スプロケット１４を一体に設け
た中空輸体形状のキャリヤ２９を、後輪ハブ９の７ラン
ジ９ａのリング状突部９ｂと、ケース２７の外周部との
間において、それぞれボールベアリング３０．３１を介
して回転自在に設け、このキャリヤ２９の内周部に形成
した内歯歯車２９ａを前記遊星歯車２０と噛合させると
共に、キャリヤ２９の内側壁板部の同一円周上に複数（
本実施例では７個）の軸３２を円周等分位間に突設し、
これらの軸３２にそれぞれ段付円筒形状の遊星核３３を
ベアリング３４を介して回転自在に嵌合する。そしてこ
れら各遊星核３３の外周部に、一方向クラッチ３５を介
してリング形状の遊星歯車３Ｇを一方向にのみ回転でき
るように嵌装する。

一方向クラッチ３５はどのような形式のものでもよいが
、本実施例では第３図に示すように、リング状の遊星歯
車３６の内周面にラチェット３５ａを形成すると共に、
遊星核３３の外周部にラチェット３５ａど噛合して一方
向の回転のみを阻止づ−る爪３５ｂを設（プて、ばね（
図示せず）によって爪３５ｂがラチェット３５ａと噛合
するように付勢しである。

また前記各遊星核３３の外側面の軸３２に対する偏心位
置に軸３２と平行な揺動ピン３７を突設し、この揺動ピ
ン３７を滑り子３８を介して前記円形軌道２５の環状凹
溝２５ａに摺動自在に嵌入する。なお３９はケース２７
とキャリヤ２９との間に介挿したボールベアリング３１
を外包するカバーリングである。

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１〜４図は偏心シフター２３の後輪ハブ軸７に対
する偏心ｍｆ！、＜第２図参照）がｆｆｌ＋＋Ａｚで最
大偏心量の状態である。そして今β１−β２とすれば、
第２図に示す状態から操作ワイヤー２８を操作して、偏
心シフター２３を約１８０°回転させると、第５図に示
すように円形軌道２５の後軸ハブ軸７に対する偏心量は
Ｏになる。

すなわち偏心シフター２３を第４図とＭ５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２３の後輪
ハブ軸７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。

つぎに無段変速機構の作用を第４図および第５図につい
て説明する。

第５図の偏心ｍＯの状態でクランクアーム６を第７図の
矢印Ｐの方向に回転すると、クランクアーム６と結合し
たクランクギヤ５、チェノ１５を介して後輪用スプロケ
ット１４が同じく矢印Ｐの方向に回転する。スブロケツ
１〜１４とキャリヤ２９とは一体であるから、その結果
軸３２を介して各遊星核３３および遊星歯車３６もキャ
リヤ２９と共に回動する。

しかしてこの場合遊星核３３に突設した揺動ピン３７は
滑り子３８を介して軸７と同心の円形軌道２５内に嵌合
した状態で回動するから、軸７の中心ｏ１と、軸３２の
中心０４ど、揺動ピン３７の中心０５どのなす角θは不
変である。したがって′１１１星核３３はキャリヤ２９
に対しては全く回転しない。

しかしながら各遊星歯車３６は第１太陽歯車１７とそれ
ぞれ噛合しているため、この第１太陽歯車１７の負荷抵
抗によって各遊星歯車３６は第３図において矢印Ｑで示
す時計方向に回転しようとするが、この回転はラチェッ
ト３５ａと爪３５ｂから成る一方向クラッチ３５の作用
によって阻止される。したがって第１太陽歯車１７はキ
ャリヤ２９と一体的に回動する遊星歯車３６によって第
５図の矢印Ｐのように後輪用スプロケット１４と一体的
に同方向に回転する。したがってこの場合のスプロケッ
ト１４に対する第１太陽歯車１７の変速比は１：１であ
る。

しかして第１太陽歯車１７が回転すれば、軸１９を介し
て４個の遊星歯車２０が第３図の矢印Ｒのように第１太
陽歯車１７と共に公転する。この場合各遊星歯車２０は
キャリヤ２９に形成した内歯歯車２９ａど噛合している
が、この時キャリヤ２９も第１太陽歯車１７と一体的に
回転しているため、結局遊星歯車２０は自転せず、公転
するのみであるから、この各遊星歯車２０と噛合してい
るＭ２太陽歯車１Ｇも後輪用スプロケット１４と共に回
転することになる。したがってこの場合のスプロケット
１４に対する第２太陽歯車１６の変速比も１：１である
。そして第２太陽歯車１６が回転ずれば、後輪ハブ９も
共に回転するから、それと共に後輪１３が駆動される。

（第７図参照） つぎに変速操作によって、偏心シフター２３を第２．４
図に示す偏心状態にした場合は、後輪用スプロケット１
４の矢印Ｐ方向の回転にもとなって、前述したようにキ
ャリヤ２９がスプロケット１４と一体に回転し、その結
果各遊星核３３も軸３２と共に回動するが、この場合各
揺動ピン３７が滑り子３８を介して嵌合している円形軌
道２５は後輪ハブ軸７に対して偏心しているから、前記
した角θは、第４図に示すよう０１〜θ７のように変化
する。したがって各遊星核３３はキャリヤ２９に対して
も時々刻々回動する。

すなわちこの場合０１が最小で、θ４が最大であり、θ
１〜θ４の間では、θ１〈θ２〈θ３〈θ４の関係があ
るからこの０１〜θ４までの間の遊星歯車３６には第４
図に示す矢印Ｓ方向の回転が生ずるため、この矢印Ｓ方
向の回転と、軸７を中心とする遊星歯車３６の矢印Ｐ方
向の公転によって、これと噛合する第１太陽歯車１７を
第４図の矢印−「で示すようにキャリヤ２９より増速し
で回転させる。

なおこの場合本実施例では遊星歯車３６が７個あるため
、回転増速域にない歯車３６は増速されないが、前記し
た一方向りラッヂ３５の作用によって７個の１分星歯車
３６の中、その時最高の増速域にある１個の遊星歯車３
６のみが第１太陽歯車１７を駆動し、残りの６ｆｉｌの
ｌｆｊ、星歯車３６は、逆にその太陽歯車１７によって
回転させられるＪ：うになる。すなわちこの時その歯車
３６のラチェツｌ−３５ａは爪３５ｂに対してすへって
回転することになる。

第８図は縦座標に増速変速比をとり、横座標に第１太陽
歯車１７の回転角度をとって示した本発明装置の１組の
増速Ｎ星歯車による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さ
くするためには、遊星歯車３６の使用個数を多くするの
がよい。本実施例では７個の遊星歯車３６を使用してい
るため、各遊星歯車３６の第１太陽歯車１７に対する駆
動角度範囲は約５１°となる。

したがって第８図からみて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できる
。

そして上述のように第１太陽歯車１７が第４図の矢印Ｔ
のように増速回転すれば、前記した第３図の遊星歯車２
０の矢印Ｒ方向の公転速度が、キャリヤ２９と一体の内
歯歯車２９ａの矢印Ｐ方向の回転速度より大きくなるた
め、各遊星歯車２０は矢印Ｕ方向の自転を生じる結果、
これと噛合している第２太陽歯車１６を矢印Ｖ方向に、
第１太陽歯車１７よりもさらに増速しで回転させること
になる。しだがって増速比がさらに増大する。そしてこ
の回転が後輪ハブ９、スポーク１２を介して後輪１３（
第７図参照）に伝えられる。

また上述の説明では、最小増速比の場合と最大増速比の
場合を説明しＩＣが、偏心シフター２３０回動操作量を
、中間の任意量に設定することによって、本発明装置に
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。

（発明の効果） つぎに本発明装置の効果を説明する。

この種の無段変速装置は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。

しかしながら既知の無段変速機のように同一平面上にす
べてお遊星歯車と太陽歯車を配置する場合は第６図（ａ
）（ｂ）（ｃ）に示すように、遊星歯車Ｐの個数を多く
すれば、太陽歯車Ｓの径が大きくなるため増速比が小さ
くなり、また遊星歯車Ｐの径を太陽歯車Ｓの径に比して
大ぎくして増速比を大にすれば、遊星歯車Ｐの個数が少
なくなって脈動が大きくなるという問題点があったが、
本発明の無段変速装置においては、遊星歯車にｊ：る増
速装置を二段に設けることにより、第１段の太陽歯車の
径を大きくすると共に、遊星歯車の使用個数を多くして
伝動力の脈動を小さくすることができる上に、自転車と
して十分な増速比を容易に得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線による一部断面で示す正面図
、 第３図は第１図のＢ−Ｂ線による断面で示す正面図、 第４図および第５図はその作用説明図、第６図（ａ）（
ｂ）（ｃ）は遊星歯車と太陽歯車の各種組み合わせ状態
を示す説明図、第７図は本発明装置に付した自転車の側
面図、第８図は本発明装置ににる増速特性図である。 ４・・・クランク輔　　　５・・・クランクギヤ６・・
・クランクアーム　７・・・後輪ハブ軸９・・・後輪ハ
ブ　　　　１３・・・後輪１４・・・後輪用スプロケッ
ト １５・・・チェノ　　　　　１６・・・第２太陽歯車１
７・・・第１太陽歯車　　２０・・・遊星歯車２２・・
・固定偏心カム　　２３・・・偏心シフター２４・・・
リール　　　　　２５・・・円形軌道２７・・・ケース
　　　　　２８・・・操作ワイヤー２９・・・キャリヤ
　　　　３２・・・軸３３・・・遊星核　　　　　３５
・・・一方向クラッチ３６・・・遊星歯車　　　　３７
・・・揺動ピン３８・・・滑り子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、自転車の後輪ハブにスプロケットと一体のキャリヤ
   を回転自在に設け、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クラッチを介
   して遊星歯車を一方向にのみ回転できるように嵌装する
   と共に、前記遊星核の偏心位置に突設した揺動ピンを案
   内する円形軌道を後輪ハブ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第１太陽歯車
   を後輪ハブ軸に回転自在に設けると共に、この第１太陽
   歯車に複数の遊星歯車を回転自在に枢支し、これらの遊
   星歯車を前記キャリヤに形成した内歯歯車と噛合させる
   と共に、これらの遊星歯車とそれぞれ噛合する第２太陽
   歯車を後輪ハブに一体に形成した事を特徴とする自転車
   用無段変速装置。