JPS6299293A - 自転車用変速装置 - 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部に設ける変速装置に関
するものである。

（従来の技術） 自転車用変速装置として現在多用されているものは、多
段のスプロケット間にかけ渡したチェノをディレーラ−
を介してかけ変える所謂外装変速機である。

この外、後輪のハブ内に変速機構を内蔵した所謂内装変
速機もあるが、多用されてはいない。

さらにクランク軸部に遊星歯車機構を組み込んだ変速装
置としては、例えば実公昭２８−１９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） 本発明は前記実公昭２８−１９号の変速装置と同様にク
ランク軸部に遊星歯車機構を組み込む変速装置に関する
ものであり、前記従来装置の問題点を解決してよりすぐ
れた変速装置を提供することを目的とするものである。

すなわち実公昭２８−１９号の従来装置は、遊星歯車の
配設状態から見て、三段変速が限界である上に、構造が
複雑であるため、製品化に困難を伴うという問題点があ
った。

（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、クラン
クアームと一体のキャリヤの同一円周上に３個以上の軸
を配設し、これら各軸にそれぞれ歯数の異なる複数列の
遊星歯車を回転自在に嵌合し、これら各遊星歯車とそれ
ぞれ噛合する複数列の内歯歯車を一体に形成すると共に
、その外周にスプロケットを形成した従動回転体を、前
記キャリヤに回転自在に設けると共に、この従動回転体
とキャリヤとの間に一方向クラッチを設け、前記各遊星
歯車とそれぞれ噛合する複数列の太陽歯車の内周部と、
フレームと一体の固定軸部との間にそれぞれ一方向クラ
ッチを設け、これら各一方向クラッチの一つを選択的に
接続できるようにして自転車用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するため、三段以上の多
段変速が可能であり、しかも構造上変速装置全体を実用
上支障のない薄型にできる。したかって本発明によれば
、チェノをかけかえる必要のない、三段以上の変速段を
有する自転車用変速装置を容易に実用化することができ
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２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はチェノステー、４　（第１図参照）
はハンガパイプ、５はハンガパイプ４にねじ込んでフレ
ームと一体的に固定した軸受ワン兼用の固定軸部、６は
固定軸部５を貫通して回転自在に設けたクランク軸、７
はそのボールベアリング、８はクランク軸６に嵌着した
クランクアーム、９は座金、１０はナツトである。

本実施例においては、第２図に示すように５本の放射状
のアームｌｌａを有するホイール状のキャリヤ１１をク
ランクアーム８のボス部８ａに嵌着し、キャリヤ１１の
同一円周上に３個以上（本実施例では５個）の軸１２を
円周等分位置に配設する。すなわち本実施例では、キャ
リヤ１１の各アームｌｌａに挿通したビス１３によって
軸１２を固定している。なお１４はキャリヤ１１の外側
面に当てがってビス１３により固定したカバープレート
で、１５はビス１３の座金である。

またそれぞれ歯数の異なる複数列（本実施例では３個）
の遊星歯車１６．１７．１８を、カラー１９を介して軸
１２に回転自在に並べて嵌合し、これら各遊星歯車１６
．１７．１８とそれぞれ噛合する３列の内歯歯車２０．
２１．２２を一体に形成すると共に、その外周にスプロ
ケット２３を形成した従動回転体２４を、前記キャリヤ
１１に軸受２５を介して回転自在に設ける。

またキャリヤ１１には第１図に示すように、アームＩＬ
ａ間の５個所にそれぞれ突部１１ｂを突設し、これらの
突部１１ｂと前記軸１２の端面に、ドーナツ状のリング
プレート１１Ｃを当てがって第３図に示すように１０個
のビス１３によって固定する。

また従動回転体２４の内側面側に同しくリングプレート
２４ａを嵌着し、この従動回転体２４と一体のリングプ
レート２４ａの内周と、キャリヤ１１と一体のリングプ
レートＩｌｃの外周との間に一方向クラッチ２６を設け
る。すなわち第３図の２６ａはリングプレート２４ａの
内周に形成したラチェット、２６ｂはこのラチェット２
６ａ　と係脱自在にリングプレー１−１１ｃの外縁部に
設けた爪、２６ｃはこの爪２６ｂをラチェット２６ａと
係合するように付勢するばねである。すなわちこれらの
ラチェット２６ａ、　　爪２６ｂ。

ばね２６ｃによって一方向クラッチ２６が形成されるが
、この一方向クラッチは他の形成のものでもＪ、い。

また前記遊星歯車１．６．１７．１８とそれぞれ噛合す
る３個の太陽歯車２７．２８．２９を前記フレームと一
体の固定軸部５に遊嵌して設け、この固定軸部５の外周
部と太陽歯車２７．２８．２９の各内周部との間にそれ
ぞれ一方向クラッチ３０を設ける。すなわち第４図にお
いて３０ａは各太陽歯車２７．２８．２９の内周に形成
したラチェット、３０［Ｉはこれらのラチェット３０ａ
と係脱自在に固定軸部５に並設した３個の爪、３０ｃは
これらの爪３０ｂをそれぞれ対応するラチェット３０ｒ
＋に係合するように付勢するリング状のばねである。こ
れらのラチェット３０ａ、爪３０ｂ、ばね３０ｃによっ
て一方向クラッチ３０が形成されている。

そして本発明においては、上述した複数組（本実施例で
は３組）の一方向クラッチ３０の一つを選択的に接続で
きるようにする。

具体的には本実施例に示すように、爪３０ｂを有する固
定軸部５の外周部に回動自在に嵌合する小径円筒部３１
ａと、ハンガバイブ４の外径よりも大径の大径円筒部３
１ｂとを一体に形成すると共に、この大径円筒部３１ｂ
にワイヤリール部３１ｃを設けて変速円筒３１を形成し
、この変速円筒３１の小径円筒部３１ａに複数段（本実
施例では３段）の段部３２ａ。

３２ｂ、３２ｃ（第５．６図参照）を有する階段状の開
口３２を形成する。

そしてこの変速円筒３１は第１図に示すように、その小
径円筒部３１ａが固定軸部５を外包するように嵌装し、
この嵌装状態において、開口３２の三つの段部３２ａ、
　３２ｈ、　３２ｃを固定軸部５に設けた３個の爪３０
ｂの各円周方向線にそれぞれ合致させるようにすると共
に、冬瓜３０ｂの先端部が開口３２内に位置した時、爪
３０ｂがばね３０ｃの作用により外方に突出して対応す
るラチェット３０ａと係合して一方向クラッチ３０を接
続するようにする。

そしてこの変速円筒３１を回動させるには、ワイヤリー
ル部３１に巻き掛けした操作ワイヤ３３を第２図の矢印
Ａ、Ｂのように操作することによって行う。第２図に示
す３３ａは操作ワイヤ３３をワイヤリール部３１ｃに固
定するためのワイヤエンドである。

また第１図に示ず３４は、変速円筒３１を第２図におい
て常に時計方向に回動させるように付勢するためのコイ
ルばねで、その一端部３４ａは変速円筒３１の大径部３
１ｂに係止してあり、他端部３４ｂはハンガパイプ４の
突起部４ａに係止しである。なお図中３５はスプロケッ
ト２３に巻き掛けしたチェノである。

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。変速操作装置（図示せず）を操作して、操作ワイヤ
３３を第２図の矢印への方向に引張ることにより、ワイ
ヤリール部３１ｃを介して変速円筒３１をコイルばね３
４に抗して第２図において反時計方向に最大限まで回動
させると、変速円筒３１の小径円筒部３１ａに設けた開
口３２と、固定軸部５に設けた３個の爪３０ｂとの関係
は第７図（ａ）の状態になる。すなわちこの場合、爪３
０ｂはすべて小径円筒部３１ａ内にあるため、ラチェソ
ｌ−３０ａと係合する爪３０ｂは一つもない。したがっ
てこの場合太陽歯車２７．２８．２９はすべて自由に回
転することができる。

この状態で、クランクペダル（図示せず）を介してクラ
ンクアーム８を第２図の矢印Ｃの方向に回動させると、
クランクアーム８に固着したキャリヤ１１およびキャリ
ヤ１１と一体的に結合したキャリヤ１１のリングプレー
目１ｃが第３図の矢印りの方向に回転する。したがって
一方向クラッチ２６の爪２６ｂとラチェット２６ａとの
保合によって、従動回転体２４と一体的に結合したリン
グプレート２４ａが第３図の矢印Ｅの方向に回転する。

このため従動回転体２４およびスプロケット２３も第２
図の矢印Ｃの方向にクランクアーム８と−・体的に回転
するから、チェノ３５が第２図の矢印Ｆの方向に移動し
て後輪（図示せず）を駆動することにより自転車が走行
する。この場合のクランク軸６とスプロケット２３との
変速比は１：１である。

なおこの時キャリヤ１１と従動回転体２４とは一体的に
回転するため、各遊星歯車１６．１７．１８もそれぞれ
噛合している内歯歯車２０．２１．２２と一体的に回転
するから、この遊星歯車１６．１７．１８とそれぞれ噛
合している太陽歯車２７．２８．２９もクランクアーム
８と一体的に回転するが、この回転は一方向クラッチ３
０がいずれも断の状態にあるため同等支障はない。

また太陽歯車２７．２８．２９は変速円筒３１の小径円
筒部３１ａの外周部に対して遊嵌されているが、本発明
では３個以上（本実施例においては５個）の′Ｍ星歯車
に各太陽歯車が内接して噛合しているため、太陽歯車は
中心軸によって枢支する必要はない。

つぎに前記した第７図（ａ）の状態から操作ワイヤ３３
を第２図の矢印Ｂの方向に一段ゆるめると、変速円筒３
１がコイルばね３４の作用によって第２図において時計
方向に回動する結果、開口３２が第７図（ａ）の状態か
ら、同図（ｂ）の位置に移動する。

このため開口３２の段部３２ａ内に一つの爪３２ｂの先
端部が露出する結果、この爪３２ｂがばね３２ｃの作用
によって対応するラチェ・：ｚト３２ａ　と係合する。

したがって太陽歯車２７と固定軸部５との間の一方向ク
ラッチ３２が接続する。

この状態でクランクアーム８を第２図の矢印Ｃの方向に
回動させると、キャリヤ１１、軸１２、カラー１９を介
して各遊星歯車１６．１７．１８が第４図の矢印Ｇの方
向に公転する。しかしながらこの場合太陽歯車２７のみ
が一方向うクフチ３０によって矢印Ｇ方向の回転を阻止
されているため、この太陽歯車２７と噛合している遊星
歯車■６が第４図の矢印■（の方向に自転する。したが
って遊星歯車１６と噛合する内歯歯車２０が矢印Ｇ方向
の公転と、矢印１（方向の自転によって第４図の矢印Ｉ
で示す方向に増速されて回転する。この回転によって従
動回転体２４およびスプロケット２３が共に回転するか
ら、前述したように自転車が走行する。この場合のクラ
ンクアーム８に対する従動回転体２４の増速比は本実施
例の場合約１　　：ｔ、ａである。

なおこの場合他の′ｔｉ星歯車１７．１８も内歯歯車２
１゜２２とそれぞれ噛合しているため、公転および自転
する結果、太陽歯車２８．２９もある程度回転するが、
これらの太陽歯車２８．２９はそれぞれの一方向クラッ
チ３０がフリー状態にあるため、同等支障は生じない。

またこの場合は、第３図においてリングプレート１１ｃ
の矢印り方向の回転より、リングプレーｉ〜２４ａの矢
印Ｅ方向の回転の方が早くなるが、この回転速度差は一
方向クラッチ２６によって許容される。

つぎに前記した第７図（ｂ）の状態から操作ワイヤ３３
を第２図の矢印Ｂの方向にもう一段ゆるめると、変速円
筒３１がさらに回動して開口３２が第７図（ｂ）の状態
から同図（ｃ）の位置に移動する。このため開口３２の
段部３２ｂからも二番目の爪３０ｂが露出するため、こ
の爪３０ｂによる一方向クラッチ３０も接続する。

この状態でクランクアーム８を第２図の矢印Ｃの方向に
回動させると、この場合は遊星歯車１７の第４図におけ
る矢印Ｇ方向の公転と、矢印Ｈ方向の自転によって内歯
歯車２１が矢印Ｉの方向に回転する。しかしてこの場合
の遊星歯車１７の矢印Ｈ方向の自転速度は、前記した遊
星歯車１６の自転速度よりも、その歯数差分だけ早くな
るから、結局この場合の増速比は前回の増速比より大き
くなる。

本実施例におけるこの場合の増速比は約ｔ：ｉ、ｓであ
る。

なおこの場合、開口３２の段部３２ａ内の爪３０ｂもラ
チェノｌ−３０ａと係合する状態にあるが、この場合は
太陽歯車２７のラチェッ）　３０ａが爪３０ｂを乗り越
える方向に回動するため支障は生じない。

つぎに前記した第７図（ｃ）または第５図（ａ）　（ｂ
）の状態から操作ワイヤ３３をさらにもう一段ゆるめる
と、開口３２が第７圓（ｄ）または第６図（ａ）　（ｂ
）の状態になって、開口３２の段部３２ｃからも三番目
の爪３０ｂが露出して第６図（ｂ）に示すように太陽歯
車２９のラチェット３０ａと係合する。

その結果クランクアーム８が矢印Ｃの方向に回動すると
、この場合は遊星歯車１８の第４図における矢印Ｇ方向
の公転と、矢印Ｈ方向の自転によって内歯歯車２２が矢
印Ｉの方向に回転する。そしてこの場合の遊星歯車１８
の矢印Ｈ方向の自転速度は、前記した遊星歯車１７の自
転速度よりも、その歯数差分だけ早くなるから、結局こ
の場合の増速比は前回の増速比よりもさらに大きくなる
。本実施例におけるこの場合の増速比は約１：１．．６
である。

また減速する場合には、上述した増速操作とは逆に、操
作ワイヤ３３を第２図の矢印への方向に引張って、変速
円筒３１を第７図（ｄ）の状態から順次第７図（ｃ）　
、　（ｂ）　、　（ａ）の状態にすることによって変速
段を４−３−２−１と移行させることができる。

本実施例のように階段状の開口３２を有する変速円筒３
１による変速作用は、増速時には３個の爪３０ｂが１個
づつ開口３２より外方へ突出してそれぞれ対応するラチ
ェット３０ａ止１順次噛合することによって行われ、減
速時には開口３２より外方へ突出している３個の爪３０
ｂが１個づつ開口３２の内方へ引き込むことによって行
われる。

すなわち増減速共に、１個の爪を出し入れするだけで増
減速が行われ、従来のように１個のクラッチを作動させ
る時に、もう一つのクラッチを同期して反対作動させる
必要がないため、変速時において空転や同時噛合が生じ
ることなく、変速の移行がなめらかに行われる。しかも
操作が容易で、作動が確実に行われるという利点がある
。

（発明の効果） 」二連のように本発明装置は、従動回転体２４の複数列
の内歯歯車２０．２１．２２を階段状に設け、それと噛
合する複数列の遊星歯車１６．１７．１８を１本の軸１
２によって枢支し、これらの遊星歯車１６．１７゜１８
と噛合する複数列の太陽歯車２７．２８．２９をクラン
ク軸６を中心に配置した構造であるから、遊星歯車１６
．１７．１８の軸１２が共通であるので構造が節単にな
る上に、円周上に多くの（本実施例では５本の）軸１２
を配設できるため、それだけ各遊星歯車の荷重分担が少
なくなって装置全体を薄型にできると共に、変速段数を
三段以上（本実施例では四段）にすることができるとい
うすぐれた効果が得られる。

また各変速段の伝動系は、一段目がキャリヤ１１のリン
グプレートｌｌｃから一方向クラッチ２６を介して従動
回転体２４に伝えられ、二段目は太陽歯車２７、遊星歯
車１６、内歯歯車２０を介して従動回転体２４に伝えら
れ、三段目は太陽歯車２８、遊星歯車１７、内歯歯車２
１を介して従動回転体２４に伝えられ、四段目は太陽歯
車２９、遊星歯車１８、内歯歯車２２を介して従動回転
２４に伝えられる。すなわちいずれの変速段においても
クランク軸６と直交する直線状の伝達径路によって伝動
が行われ、しかも各歯車軸は両持構造であるから、各歯
車の伝達効率がすぐれている上に、強度的にも無理のな
い構造であるから、製造が容易で耐久性にもすくれてい
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の縦断面図、 第２図はその側面図、 第３図は第１図のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、第４図は同■
−ＩＶ断面図、 第５図（ａ）は変速円筒部の一部を切欠して示す平面図
、 同図（ｂ）はその一部を断面で示す立面図、第６図（ａ
）はその変速円筒部が変位した状態を示す立面図、 同図（ｂ）はその一部を断面で示す立面図、第７図（ａ
）〜（ｄ）は変速円筒の各変速段における状態を示す平
面図である。 ４・・・ハンガパイプ　　　５・・・固定軸部６・・・
クランクＭ　　　　　８　・・・クランクアーム１１・
・・キャリヤ　　　　　１２・・・軸１４・・・カバー
プレート１６，１７．１８・・・遊星歯車２０、２Ｌ　
２２・・・内歯歯車　２３・・・スプロケット２４・・
・従動回転体　　　　２６・・・一方向クラッチ２７、
２８．２９・・・太陽歯車　３０・・・一方向クラッチ
３１・・・変速円筒　　　　　３２・・・開口３３・・
・操作ワイヤ　　　　３４・・・コイルばね３５・・・
チェン 第５図 （ａ） （ｂ） 第６図 （ａ） （ｂ） 第７図 （ａ　）　　　　　　　（’０　） （Ｃ）　　　　　　　　　（ｄ） ｑり 手　　続　　補　　正　　　書 昭和６］年　３月２４日 特許庁長官　　宇　　賀　　道　　部　　殿２、発明の
名称 自転車用変速装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ブリデストンサイクル株式会社 ４、代理人 氏名　（５９２５）弁理士　　杉　村　暁　秀住所　同
　所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、クランクアームと一体のキャリヤの同一円周上に３
   個以上の軸を配設し、これら各軸にそれぞれ歯数の異な
   る複数列の遊星歯車を回転自在に嵌合し、これら各遊星
   歯車とそれぞれ噛合する複数列の内歯歯車を一体に形成
   すると共に、その外周にスプロケットを形成した従動回
   転体を、前記キャリヤに回転自在に設けると共に、この
   従動回転体とキャリヤとの間に一方向クラッチを設け、
   前記各遊星歯車とそれぞれ噛合する複数列の太陽歯車の
   内周部と、フレームと一体の固定軸部との間にそれぞれ
   一方向クラッチを設け、これら各一方向クラッチの一つ
   を選択的に接続できるようにしたことを特徴とする自転
   車用変速装置。