JPH02231B2 - - Google Patents

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―93754号公報に開示されたものである。

（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、その増速化は遊星歯車の径
と、太陽歯車の径の比によつて定まり、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の径に比して大きくして増
速化を大にすれば、遊星歯車Ｐの個数が少なくな
つ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、遊星歯車の個数を多くして伝動力の脈
動を小さくする上に、自動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ツトと一体のキ
ヤリヤを回転自在に設け、このキヤリヤに複数の
遊星核を回転自在に枢支し、これらの各遊星核に
一方向クラツ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ヤ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はチエンステー、
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はチエンステー３にロツクナツト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
転自在に嵌装した後輪ハブ、１２はスポーク、１
３（第７図参照）は後輪、１４は後輪用スプロケ
ツト、１５はチエンである。

本実施例においては、後輪ハブ９のチエン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図に示すように後輪ハブ軸７の中心O₁
に対してその中心O₂がl₁だけ偏心した固定偏心カ
ム２２を一体に形成し、この固定偏心カム２２の
中心O₂に対してl₂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リール２４と一
体に固着して固定偏心カム２２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２３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２３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２７を、固定偏心カム２２と
ロツクナツト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ツト１４を一
体に設けた中空輪体形状のキヤリヤ２９を、後輪
ハブ９のフランジ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、このキヤリヤ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、キヤリヤ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を円周等分位置
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、一方向クラツチ３５を介してリング形状の
遊星歯車３６を一方向にのみ回転できるように嵌
装する。

一方向クラツチ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の内周面にラチエツト３５
ａを形成すると共に、遊星核３３の外周部にラチ
エツト３５ａと噛合して一方向の回転のみを阻止
する爪３５ｂを設けて、ばね（図示せず）によつ
て爪３５ｂがラチエツト３５ａと噛合するように
付勢してある。

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とキヤリヤ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に対する偏心量ｌ（第２図参照）がl₁
＋l₂で最大偏心量の状態である。そして今l₁＝l₂
とすれば、第２図に示す状態から操作ワイヤー２
８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図と第５図に示す範囲内で
任意に操作することによつて、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図の偏心量Ｏ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、チエン１５を
介して後輪用スプロケツト１４が同じく矢印Ｐの
方向に回転する。スプロケツト１４とキヤリヤ２
９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もキヤリヤ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O₄と、
揺動ピン３７の中心O₅とのなす角θは不変であ
る。したがつて遊星核３３はキヤリヤ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１
７とそれぞれ噛合しているため、この第１太陽歯
車１７の負荷抵抗によつて各遊星歯車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、この回転はラチエツト３５ａと爪３５ｂ
から成る一方向クラツチ３５の作用によつて阻止
される。したがつて第１太陽歯車１７はキヤリヤ
２９と一体的に回動する遊星歯車３６によつて第
５図の矢印Ｐのように後輪用スプロケツト１４と
一体的に同方向に回転する。したがつてこの場合
のスプロケツト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１
９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はキヤリヤ２９に形成した内
歯歯車２９ａと噛合しているが、この時キヤリヤ
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
る第２太陽歯車１６も後輪用スプロケツト１４と
共に回転することになる。したがつてこの場合の
スプロケツト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
回転すれば、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つて、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
スプロケツト１４の矢印Ｐ方向の回転にもとなつ
て、前述したようにキヤリヤ２９がスプロケツト
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θ₁〜θ₇のように変
化する。したがつて各遊星核３３はキヤリヤ２９
に対しても時々刻々回動する。

すなわちこの場合θ₁が最小で、θ₄が最大であ
り、θ₁〜θ₄の間では、θ₁＜θ₂＜θ₃＜θ₄の関係があ
るからこのθ₁〜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方向の公転によつて、これと噛合す
る第１太陽歯車１７を第４図の矢印Ｔで示すよう
にキヤリヤ２９より増速して回転させる。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、前記した一方向クラツチ３５の作用によつて
７個の遊星歯車３６の中、その時最高の増速域に
ある１個の遊星歯車３６のみが第１太陽歯車１７
を駆動し、残りの６個の遊星歯車３６は、逆にそ
の太陽歯車１７によつて回転させられるようにな
る。すなわちこの時その歯車３６のラチエツト３
５ａは爪３５ｂに対してすべつて回転することに
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の回転角度をとつて示した本発
明装置の１組の増速遊星歯車による増速特性を示
すものである。

これからわかるように、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。したがつて第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。

そして上述のような第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２０の矢印Ｒ方向の公転速度が、キ
ヤリヤ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て回転させること
になる。したがつ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たが、偏心シフター２３の
回動操作量を、中間の任意量に設定することによ
つて、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つて定まり、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の径に比して大きくして増速比を大
にすれば、遊星歯車Ｐの個数が少なくなつて脈動
が大きくなるという問題点があつたが、本発明の
無段変速装置においては、遊星歯車による増速装
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図は本発明装置による増
速特性図である。 ４……クランク軸、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
ツト、１５……チエン、１６……第２太陽歯車、
１７……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……キヤリヤ、
３２……軸、３３……遊星核、３５……一方向ク
ラツチ、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ツトと一体のキ
   ヤリヤ回転自在に設け、このキヤリヤに複数の遊
   星核を回転自在に枢支し、これらの各遊星核に一
   方向クラツ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ヤ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。