JPH01278894A - 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］ 本発明は自転車に装備され偏心量に応じて無段階に変速
させるようにした自転車用変速装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、この種の変速装置はラチェットギヤに噛合する
爪送りによって無段階に変速伝動するように構成されて
おり、これは偏心状態においてラチェット爪が順次駆動
域に入る時に荷重が加わること、または駆動域内にある
複数のラチェット爪間の速度差から、その歯先間にギャ
ップを生じる等の原因によって伝動力のガタッキいわゆ
る脈動が発生ずる。

このため、脈動を減少するために特開昭６１−１８４１
９２号公報が提案されている。

これはラチェットギヤおよびラチェット爪列を複数組ク
ランク軸の軸方向に並設してラチェット爪の個数を大巾
に増加させることにより、伝達力の脈動を減少させたも
のである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術においては、ラチェットギヤおよびラチェ
ット爪を複数組並列に設ける必要があるため、大型で構
造が複雑になり取り扱いおよびコスト的に問題を有して
いた。

そこで本発明はその構成を簡素化し、かつ伝達力の脈動
の発生を予防できる自転車用変速装置を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は入力側回転部材と、出力側回転部材と、前記入
、出力側回転部材の一方に周方向に複数配設され、各基
部側が１つの枢支部により回動可能に設けられたラチェ
ット爪とを備え、前記入、出力側回転部材を相対的に偏
心移動させて変速するようにした自転車用変速装置にお
いて、前記入力側回転部材は外輪と内輪とを備え、この
外輪と内輪との間にＭｆ！１部材を配設して構成される
ものである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図乃至第１０図において、１は自転車フレームのメ
インパイプ、２は立パイプ、３はチェーンステー、４は
自転車フレームと一体形成されたハンガラッグ、５はク
ランク軸、６はそのクランク軸５にロックナツト７を介
し固定されたクランクアーム、８は後輪、９は後輪ハブ
軸、１０は後輪用スプロケット、１１はチェーンである
。

１２は入力側回転部材である中空円筒状ケースであり、
この中空円筒状ゲース１２はその中心部が前記ロックナ
ツト７によりクランク軸５に固定され、この中空円筒状
ケース１２にクランクアーム６が一体に形成されている
。この場合、クランクアーム６と中空円筒状ゲース１２
を別体に形成し、中空円筒状ゲース１２をクランクアー
ム６を介してクランク軸５に固定させてもよい。

前記入力側回転部材である中空円筒状ゲース１２は、外
輪１３と内輪１４とを備えており、外輪１３の内周面に
は係合部である多数の台形状の外側突起１５が等間隔毎
に一体形成されていると共に、内輪１４の外周面には係
合受部である多数の台形状の内側突起１６が等間隔毎に
一体形成されている。そして前記外輪１３内には外側突
起１５間に間隔をおいて内側突起１６が位置するように
して内輪１４が配置され、前記外側突起１５と内側突起
１６間の間隙には合成ゴム又は合成樹脂などの弾性材料
例えばウレタンゴムなどから形成された緩衝部材である
ジグザグ状の緩衝リング１７が圧入されている。

また前記内輪１４の外側にはリング状の外側板１８が一
体形成されていると共に、内側にはリング状の内側板１
９が設けられ、この内側板１９は外管２０に挿通した複
数のネジ２１によって外側板１８に螺着されている。

また外輪１３および内輪１４の外側にはクランク軸５と
一体の外板２２が設けられていると共に、内側にはリン
グ状の内板２３が設けられ、この外板２２および内板２
３は複数のネジ２４によって外輪１３に固着されている
。

また前記外輪１３の各外側突起１５の幅中央と内輪１４
の各内側突起１６の幅中央には溝２５がそれぞれ形成さ
れ、多溝２５には度当りをなすワイヤリング２６が嵌め
込まれており、このワイヤリング２６の両側にそれぞれ
緩衝リング１７が配設されている。

また前記内板２３および外板２２の各外周縁には外輪１
３の外周面に係合するフランジ２７が形成されていると
共に、各内面には前記緩衝リング１７に対応する位置に
度当りとなる円状の突部２８が形成され、さらに前記内
側板１９と外側板１８に対応する位置に度当りとなる円
状の突起２９がそれぞれ形成されている。

また外板２２および内板２３にはそれぞれ段部３０が形
成され、この段部３０によって内輪１４を被う箇所を拡
げるようにしている。

また外側突起１５は外輪１３の内周面の端部に僅かな間
隔３１をおいて形成されており、内側突起１６は内輪１
４の端部に僅かな間隔３２をおいて形成されている。

３３はラチェット爪であり、これは前記中空円筒状ケー
ス１２の内輪１４および内、外側板１９゜１８とからな
る円筒部３４内に２個を１組として６組が周方向に等間
隔に並列配置され、各組は２個のラチェット爪３３．３
３Ａが重なり合う状態で前記円筒部３４内に基端の枢支
部である共通の枢軸３５により回動可能に設けられ、各
組の２個のラチェット爪３３．３３Ａにはそれぞれ複数
の歯部３６．３６Ａが設けられ、この歯部３６、３６Ａ
は相互に１歯の１／２ピツチずつずらして形成されてい
る。この場合枢軸３５は両端にキャップ状の受金３５Ａ
に嵌合した状態においてその受金３５Ａを中空円筒状ケ
ース１２の内、外側板１９．１８に設けられた孔３５Ｂ
に嵌着している。またラチェット爪３３．３３Ａ間には
ワッシャ３５Ｃが介在している。さらに各ラチェット爪
３３．３３Ａには歯部３６．３６Ａにゴムなどの［１部
材３６Ｂが設けられている。この場合緩衝部材３６Ｂは
出願人が特願昭６２−２１６０４０号で提案したものと
同様に構成されている。

また円筒部３４には板バネ３７が固定され、この板バネ
３７に形成された一方のバネ片３７Ａにより前記各組の
一方のラチェット爪３３が、他方のバネ片３７Ｂにより
前記他方のラチェット爪３３Ａがそれぞれ中空円筒状ケ
ース１２の中心方向に向って付勢されている。また前記
ラチェット爪３３およびラチェット爪３３Ａの基端には
係合部３８が形成され、この係合部３８が前記中空円筒
状ケース１２の内周面３９に係合して各ラチェット爪３
３．３３Ａを同一傾斜角度で係止した状態で案内するよ
うに構成されている。

４０は前記ハンガラッグ４内にクランク軸５を回転可能
に支持するベアリング４１の止リングであり、この止リ
ング４０にはハンガ止ナツト４２が螺着されている。４
３は前記止リング４０と一体的に固定された円板状の固
定カムであり、この固定カム４３の周縁に形成された環
状フランジ部４４に沿って偏心移動体である偏心カム４
５が回動できるように配設されている。

またこの偏心カム４５の一関端にカム押え４６Ａを介し
て設けられたワイヤリール４６が前記環状７ランジ部４
４に回動可能に嵌装されている。

また、前記偏心カム４５は前記クランク軸５の中心Ａよ
り後側の斜め下部位置を中心Ｂとして前記固定カム４３
に案内されながら回動するようになっており、前記Ｂ点
を中心とする円弧面４７を有する中心孔４８が偏心カム
４５に形成され、この中心孔４８にクランク軸５が挿通
されている。４９は前記偏心カム４５の外周に形成され
た円状のカム面５０にベアリング５１を介して回転可能
に設けられた出力側回転部材となるラチェットギヤであ
り、このラチェットギヤ４９のカム押え４６Ａ側端部に
はスプロケット５２が螺着固定されている。５３は前記
ベアリング５１の止めリング、５４はラチェットギヤ４
９の歯部４９Ａとスプロゲット５２間に介在するカラー
、５６Ａはごみの侵入防止板である。

また、前記カム押え４６Ａに（ｔＭ心量詞節機構５７が
連結されている。この実施例では、偏心量調節機構５７
はメインバイブ１の上側に固定された円板状受体５８に
手動操作用レバー５９を有するワイヤリール６０が回動
可能に支持され、このワイヤリール６０の上下に一対の
ワイヤ６１．６２の一端がビン６３．６４を介し固定さ
れ、ワイヤ６１．６２の他端が前記ワイヤリール４６の
後側上下にビン６３Ａ、　６４Ａを介し固定されている
。このビン６３．６４．６３Ａ、　６４Ａはワイヤ６１
、６２が固定された状態でワイヤリール４６゜６０の孔
６５に嵌合固定されている。

次に、上述のように構成された本実施例装置の作用を説
明する。先ず、クランクペダル６６を介してクランクア
ーム６、クランク軸５および中空円筒状ケース１２が一
体的に回転すると、その中空円筒状ケース１２に装着さ
れたラチェット爪３３．３３Ａを介しラチェットギヤ４
９を回転し、ラチェットギヤ４９と一体的にスプロケッ
ト５２が回転し、このスプロケット５２の回転がチェー
ン１１により後輪用スプロケット１０を介して後輪８に
伝えられる。この場合、回転力はクランク軸５、クラン
クアーム６から中空円筒状ケース１２の外輪１３に伝え
られ、外輪１３からｖｉ街リング１７を介し内輪１４に
伝えられる。

第６図（Ａ）（Ｂ）は中空円筒状ゲース１２の中心にラ
チェットギヤ４９が位置した偏心量０の場合を示してお
り、この時ラチェットギヤ４９とラチェット爪３３．３
３Ａの何れか一方側はラチェットギヤ４９に噛合した状
態で、ラチェット爪３３．３３Ａの係合部３８と中空円
筒状ケース１２の内周面３９との摺接によって、一定傾
斜角で保持される。これによってクランク軸５とスプロ
ケット５２の変速比は１：１である。

この状態からレバー５９を手動操作により前方に移動す
ると、ワイヤリール６０が円板状受体５８を介して時計
方向に回動し、これに伴い一対のワイヤ６１．６２とビ
ン６３．８４．６３Ａ、　６４Ａを介して連結されたワ
イヤリール４６が固定カム４３の環状フランジ部４４に
沿って時計方向に回動する。これによって、ワイヤリー
ル４６と一体的に偏心カム４５がＢ点を中心として回動
し、結果的に偏心カム４５と同心状に設けられたラチェ
ットギヤ４９が中空円筒状ゲース１２の中心すなわちク
ランク軸５に対して偏心移動する。この場合、清心カム
４５は中心孔４８の円弧面４７とクランク軸５とが摺接
した状態で案内され、偏心カム４５の回動によって仮想
的に得られるクランク軸５の中心Ａの移動軌跡はＡ点か
らＡ′点までの円弧Ｃとなる。

第７図（Ａ）（Ｂ）はラチェットギヤ４９に対する中空
円筒状ケース１２の偏心量が最大偏心状態にある場合を
示しており、この時偏心カム４５はＢ点を中心として中
心孔４８の左端がクランク軸５と接触する位置まで時計
方向に回動し、偏心カム４５と一体的に移動するラチェ
ットギヤ４９は駆動域り内の２組のラチェット爪３３Ｄ
Ｒ，３３ＡＤＲを押動する。これにより、ラチェット爪
３３ＤＲ，３３ＡＤＲはバネ３７の付勢力によってラチ
ェットギヤ４９と噛合し、他のラチェット爪３３．３３
Ａは係合部３８と内周面３９との摺接によってラチェッ
トギヤ４９と離間した状態で案内される。

そして、駆動域り内にあるラチェット爪３３ＤＲ，３３
ＡＤＲによる増速率が最大であるからラチェットギヤ４
９はラチェット爪３３Ｄ　Ｒ。

３３Ａ　Ｄ　Ｈによって増速回転され、他のラチェット
爪３３はラチェットギヤ４９から離脱する。

また、ラチェット爪３３ＤＲ，３３ＡＤＲが駆動域りか
ら外れるとともに隣在するラチェット爪３３が駆動域り
内に入ってラチェットギヤ４９を増速駆動するというよ
うに順次増速駆動するラチェット爪３３ＤＲ，３３ＡＤ
Ｒが交代する。

すなわち、中空円筒状ケース１２内には駆動域り内のラ
チェット爪３３ＤＲ，３３ＡＤＲによって仮想的にギヤ
が形成され、このギヤの径が、レバー５９の操作により
信心カム４５が回転するに伴って行われるラチェット爪
３３Ｄ　Ｒ。

３３Ａ　Ｄ　Ｒの傾斜角の変化に応じて変化し、ラチェ
ットギヤ４９の変速比（増速比）が無段階に変化する。

このように動作する第７図で示す偏心時において、駆動
域り内のラチェット爪３３ＤＲ。

３３Ａ　Ｄ　Ｒはラチェットギヤ４９との間で噛合荷重
を受け、これによってラチェット爪３３Ｄ　Ｒ。

３３Ａ　Ｄ　Ｒに加わる噛合荷重がラチェット爪３３Ｄ
Ｆｔ、３３ＡＤＲと一体的に回転する内輪１４に伝えら
れ、内輪１４に一体形成された内側突起１６が外輪１３
の外側突起１５との間に介在されたＭ街すング１７を圧
縮する。そして、中空円筒状ゲース１２の回転に伴い駆
動域り内のラチェット爪３３ＤＲ，３３ＡＤＲは順々に
入れ替るが、ラチェット爪３３ＤＲ，３３ＡＤＲが駆動
域に入り初めてラチェットギヤ４９と噛合すると噛合荷
重が瞬時に内輪１４に伝えられるが、これはＭｆｌｌリ
ング１７に吸収され、これによって伝達力の脈動が良好
に予防され、外輪１３、クランクアーム６１１１に伝わ
ることを抑制することができる。また、駆動域り内の複
数のラチェット爪３３ＤＲ，３３ＡＤＲ間の速度差から
その歯先間にギャップを生じ、このため回転途中にショ
ックを生じるが、前記［１リング１７によってショック
を吸収できる。

この際この変形時に緩衝リング１７が幅方向に拡がる作
用をなすが、前記間隔３１．３２箇所によってＭ街すン
グ１７に外圧を加えることなく幅方向に円滑に変形が可
能となっている。

なお、この実施例では第７図で示す偏心時において、１
つの枢支部である枢軸３５を支点として回動可能な２個
のラチェット爪３３．３３Ａを１組とし、かつその歯部
３６．３６Ａを１歯の１／２ピツチずつずらして構成し
ているため、第８図、第９図に示すように駆動域り内に
ある２組のラチェット爪３３ＤＲ，３３ＡＤＨのうち一
方の組がラチェット爪３３Ｄ　Ｒの歯部３６とラチェッ
トギヤ４９の歯部４９Ａとが正常に噛合した駆動である
時、次に駆動しようとする他方の組がラチェット爪３３
Ａ　Ｄ　Ｒの歯部３６Ａとラチェットギヤ４９の歯部４
９Ａとの隙間ｔ／２となっている。このため、駆動範囲
は、中空円筒状ケース１２の中心よりラチェットギヤ４
９の偏心方向を基準（０°）とし、これに対して回転進
行方向を（＋）、その逆を（−）とじた場合の駆動域り
が従来の一２０″〜４０゜から−５３°〜７°程度まで
（−）側に移行し、これに伴い脈動が改善されるように
している。

第１１図は本発明の第２実施例を示し、この例では外輪
１３の外側突起１５の外輪１３回転方向側と内輪１４の
内側突起１６との間にそれぞれ合成ゴム又は合成樹脂か
らなるｗｌ街部材である緩衝片６７を介在させたもので
あって、ラチェット爪３３ＤＲ，３３ＡＤＨに加わる噛
合負荷やショックを前記Ｍｆｆ１片６７によって吸収で
きる。

第１２図および第１３図は本発明の第３実施例を示し、
上記実施例と同一箇所の説明を省略して説明すると、７
１は自転車のフレームのチェーンステーであり、後輪ハ
ブ軸７２が受板７１Ａを介してロックナツト７３により
固定され、その後輪ハブ軸７２には図示しないベアリン
グを介して後輪ハブ７４が回転可能に嵌装され、後輪ハ
ブ７４にはスポーク７５が連結されている。

７６は一方のチェーンステー７１の内側に一端が枢着部
７７により回動可能に連結されたアームであり、このア
ーム７６の内面には複数の円板７８がビス７９により固
定されている。８０は円板７８の外周にベアリング８１
を介して回転可能に設けられた入力側回転部材である中
空円筒状ケースであり、この中空円筒状ゲース８０の外
周にはスプロケット８２が同心状に一体的に螺着されて
いる。前記アーム７６と円板７８にはその円板７８の中
心から下端近傍まで延びる長孔８３がそれぞれ設けられ
、この長孔８３に後輪ハブ軸７２が挿通していると共に
、アーム７６とチェーンステー７１とが引張スプリング
８４により連結され、アーム７６が上方に付勢されてハ
ブ軸７２側が前記長孔８３の上端に係止した状態で保持
されている。この場合長孔８３の下端と後輪ハブ軸７２
側との係合により最大偏心位置に保持し、長孔８３の上
端と後輪ハブ軸７２側との係合により偏心量０の位置に
１持している。

８５は複数の歯部８６を有するラチェット爪、８５Ａは
前記歯部８６と１歯の１／２ピツチずらした複数の歯部
８６Ａを有するラチェット爪であり、この２個のラチェ
ット爪８５．８５Ａを１組とし、複数組のラチェット爪
８５．８５Ａが前記中空円筒状ゲース８０の円筒部８０
Ａ内の内面側に並列配置され、各組ラチェット爪８５．
８５Ａが基端の枢軸８７および枢軸８７に外装したカラ
ー８７Ａにより回動可能に設けられ枢軸８７に巻装され
たバネ８８により中空円筒状ゲース８０の中心方向に向
って付勢されている。

前記チェーンステー７１の外側には前記受板７１Ａがビ
ス９１により固定され、前記受板７１Ａの内面側には後
輪ハブ軸７２を外装する外筒９２が一体形成され、前記
外筒９２内には内筒９３が設けられている。また中空円
筒状ケース８０は外側突起９４を有する外輪９５と内側
突起９６を有する内輪９７とを有し、両突起９４．９６
間にＭ筒部材９８を介在して構成している。

次に上述のように構成された本実施例装置の作用を説明
する。先ず第１３図で示すように、クランクペダル９９
を介してクランクギヤ１００が回転し、このクランクギ
ヤ１００の回転がチェーン１０１によりスゲロケット８
２に伝えられる。スプロケット８２はベアリング８１を
介し中空円筒状ゲース８０と一体的に回転し、中空円筒
状ゲース８０に装着されたラチェット爪８５゜８５Ａを
介しラチェットギヤ１０２を回転し、ラチェットギヤ１
０２から後輪ハブ７４に回転が伝えられる。そして、ス
タート時、昇り坂時あるいは悪路走行時などには自然に
ペダルに大きな力が加わりチェーン１０１の張力が強く
なってラチェットギヤ１０２を推進させるラチェット爪
８５．８５Ａに大きな負荷が加わり、この負荷の大きさ
によってラチェット爪８５．８５Ａが枢軸８７を支点と
してラチェットギヤ１０２１ｍに向かってくい込み、こ
れによってラチェット爪８５．８５Ａが立ち上がる作用
をなし、この作用によってアーム７６は枢着部７７を支
点としてスプリング８４の力に抗して下方に移動し、こ
の実施例ではハブ軸７２ｒｆＩＪの内筒９３が長孔８３
の上端に係合することによってラチェットギヤ１０２と
中空円筒状ゲース８０とが同心である偏心量が０の状態
に自動的に保持され、スプロケット８２と車輪１０３の
回転比が１＝１となる９次にペダルに加わる力が軽減さ
れるとチェーン１０１の張力が次第に弱くなってアーム
７６はスプリング８４の復元力により枢着部７７を支点
として上方へ移動するため、ラチェットギヤ１０２に対
して中空円筒状ゲース８０が次第に偏心状態となって変
速し増速され、ハブ軸７２１ＦＩの内筒９３が長孔８３
の下端に係合することによって中空円筒状ゲース８０の
最大偏心状態となり、最大変速比（増速比）で自動的に
変速される。

この実施例においても、中空円筒状ゲース８０の内輪９
７に伝わる噛合荷重やショックは緩衝部材９８によって
吸収され脈動が予防される。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく本
発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能であ
る６例えば緩衝部材は緩衝機能を有する材質を適宜選定
すればよく、また連続形状あるいは分割形状等は自由に
選定すればよい、また緩衝部材は少なくとも外輪の回転
方向側の係合箇所に設けられていればよい、また係合部
を形成する外側突起および内側突起の形状１寸法等は適
宜選定すればよい、また、変速装置はラチェット爪を備
える各種のタイプのもの例えばクランク軸側あるいは後
輪側に装着するもの、又は自動変速や手動変速のタイプ
等に適用できることは勿論である。また１組のラチェッ
ト爪を２個として説明したが１組のラチェット爪を１個
又は３個以上で形成してもよい。

［発明の効果］ 本発明は入力側回転部材を外輪と、内輪と、この外輪と
内輪との間に配設されたＭｉ１１部材とを具備して構成
することにより、脈動を良好に予防でき構造を簡素化し
た自転車用変速装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１０図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は全体縦断面図、第２図は斜視図、第３図は分解斜視
図、第４図は一部切欠斜視図、第５図はラチェット爪の
斜視図、第６図（Ａ）（Ｂ）および第７図（Ａ）（Ｂ）
は偏心量の変化を示す断面図、第８図はラチェット爪と
ラチェットギヤの噛合状態を示す正面図、第９図は偏心
量調節機構を示す斜視図、第１０図は使用状態図、第１
１図は本発明の第２実施例を示す断面図、第１２図およ
び第１３図は本発明の第３実施例を示し、第１２図は縦
断面図、第１３図は使用状態図である。 １３、９５・・・外輪 １４、９７・・・内輪 １２、８０・・・入力側回転部材 １７、６７．９８・Ｍ　街部材 ３３、３３Ａ、　８５．８５Ａ・・・ラチェット爪４９
、１０２・・・出力側回転部材 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力側回転部材と、出力側回転部材と、前記入、
   出力側回転部材の一方に周方向に複数配設され、各基部
   側が１つの枢支部により回動可能に設けられたラチェッ
   ト爪とを備え、前記入、出力側回転部材を相対的に偏心
   移動させて変速するようにした自転車用変速装置におい
   て、前記入力側回転部材は外輪と内輪とを備え、この外
   輪と内輪との間に緩衝部材を配設したことを特徴とする
   自転車用変速装置。