JPH02233B2 - - 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８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る。

また上述の従来装置の太陽歯車と遊星歯車の軸
間隔は固定されているため、太陽歯車と遊星歯車
との噛合部にバツクラツシユが存在する結果、そ
れが増速伝動時の駆動遊星歯車の移り変り時に、
伝動系中に振動および騒音を発生する原因になつ
ていた。

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、遊星歯車による増速装置を二段に配置
することにより、第１太陽歯車の径を遊星歯車の
径に対して大きくすると共に、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、増速比
を大きくとれるようにし、さらに第１太陽歯車と
遊星歯車とを常に圧接して噛合させることによ
り、バツクラツシユに起因する伝動系中の振動お
よび騒音を除去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、入力部材によつて回転駆動されるキヤリヤを
偏心調整自在とし、このキヤリヤに偏心軸と内部
に一方向クラツチを有する複数の遊星歯車を配設
すると共に、これらの遊星歯車と弾接する第１太
陽歯車を設け、この第１太陽歯車に軸支した遊星
歯車を入力部材と一体的に形成した内歯歯車と噛
合すると共に、この遊星歯車と噛合する第２太陽
歯車を出力部材と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装置は、第１太陽歯車と第
２太陽歯車による遊星歯車を使用した増速装置
を、その伝動系中に二段に配置したから、第１太
陽歯車の径を遊星歯車の径に対して大きくすると
共に、遊星歯車の使用個数を多くすることによ
り、伝動力の脈動を小さくすることができる上
に、自転車として充分な増速比を容易に得ること
ができる。

また本発明装置の第１太陽歯車と遊星歯車と
は、ばね力によつて常に圧接して噛合するように
したから、バツクラツシユがなくなる結果、伝動
系中に発生する振動および騒音を除去することが
できる。

（実施例） 以下図面について本発明の実施例を説明する。

図中１は自転車フレームのメインパイプ、２は
立パイプ、３はチエンステー、４はハンガラツ
グ、５はクランク軸、６はクランク軸５に嵌着す
るクランクアーム、７はそのロツクナツトであ
る。また８は後輪、９は後輪ハブ軸、１０（第５
図参照）は後輪ハブ、１１は後輪用スプロケツ
ト、１２はロツクナツト、１３はクランクギヤ、
１４はチエンである。

第１図〜第４図は本発明装置を自転車のクラン
ク軸５に装備する第１実施例を示すもので、本実
施例においては、大径の外歯歯車１５ａと小径の
内歯歯車１５ｂを有する円板形状の入力円板１５
を入力部材であるクランクアーム６に固着し、中
空円板形状の固定ケース１６を第２図に示すよう
に、クランク軸５の中心O₁に対して固定ケース
１６の中心O₂をl₁だけ偏心させてブラケツト１７
を介してフーム（チエンステー３）に固定して設
け、この固定ケース１６内に環状のキヤリヤ枠１
８を回動自在に設ける。すなわち１９はキヤリヤ
枠１８に巻き掛けた操作ワイヤーで、このワイヤ
ー１９を移動させることにより、キヤリヤ枠１８
を回動させるようにする。

またこのキヤリヤ枠１８には、キヤリヤ枠１８
の外周面が形成する円の中心O₂（第２図参照）に
対してl₂だけ偏心させた点O₃を中心とする円形の
内周段部１８ａを設けると共に、キヤリヤ枠１８
の外周面と同心の内周段部１８ｂ（第１，３図参
照）を設け、この内周段部１８ｂに、前記入力円
板１５の外歯歯車１５ａと第３図に示すように噛
合するリング状の内歯歯車２０をボールベアリン
グ２１を介して回転自在に設け、また別の内周段
部１８ａ内に、両側板を一体に連結してなる環状
のキヤリヤ２２をボールベアリング２３を介して
回転自在に設け、このキヤリヤ２２と同心に、か
つキヤリヤ２２と一体に形成したリング状の外歯
歯車２２ａを第３図に示すように、前記内歯歯車
２０と噛合させる。

またクランク軸５にベアリング２４を介して軸
筒２５を回転自在に嵌合し、この軸筒２５の外側
のクランクアーム６側に小径の第２太陽歯車２６
を一体に形成すると共に、軸筒２５の内側にクラ
ンクギ１３を固着し、軸筒２５の外周にベアリン
グ２７を介して大径の第１太陽歯車２８を回転自
在に嵌装する。なお２９は軸筒２５の鍔部と前記
固定ケース１６の内側壁部との間に介装したボー
ルベアリング、３０は入力円板１５の外周部と固
定ケース１６の外側壁部との間に介装したボール
ベアリングである。

また前記キヤリヤ２２の側面の同一円周上に複
数（本実施例では７個）の軸３１を円周等分位置
にそれぞれクランク軸５と平行に設け、これらの
軸３１にそれぞれ円形の偏心遊星核３２を軸３１
に対して偏心して設け、各偏心遊星核３２の外周
部に一方向クラツチ３３を介してリング状の遊星
歯車３４を一方向にのみ回転できるように嵌装す
る。

この一方向クラツク３３はどのような形式のも
のでもよいが、本実施例では第２図に示すよう
に、リング状の遊星歯車３４の内周面にラチエツ
ト３３ａを形成すると共に、偏心遊星核３２にラ
チエツト３３ａと噛合して一方向の回転のみを阻
止する爪３３ｂを設けて、図示しないばねによつ
て爪３３ｂがラチエツト３３ａと噛合するように
付勢してある。

また前記各偏心遊星核３２の一側面（本実施例
では内側面）の軸３１から適当間隔をおいて軸３
１と平行な揺動ピン３５を第２図に示すようにキ
ヤリヤ２２の抜き窓２２ｂを介して外部に突設
し、これら各揺動ピン３５をリング状ばね３６に
より外包することにより、そのばね力によつて各
遊星歯車３４を第１太陽歯車２８に常に圧接して
噛合させるようにする。

また第１太陽歯車２８の外側面の同一円周上に
複数（本実施例では４個）の軸３７をクランク軸
５と平行に円周等分位置に設け、これらの軸３７
に前記入力円板１５の内歯歯車１５ｂと噛合する
と共に、第２太陽歯車２６と噛合する遊星歯車３
８を回転自在に嵌装する。

また第５図および第６図は本発明装置を自転車
の後輪ハブ軸９を中心に設けた第２実施例を示す
もので、この場合は入力部材である後輪用スプロ
ケツト１１を入力円板１５と固着して、ベアリン
グ３９により後輪ハブ軸９に回転自在に嵌装する
と共に、第２太陽歯車２６と一体の軸筒２５を後
輪ハブ１０と一体に形成して出力を後輪８に伝え
るようにした点が前記第１実施例と異なつている
のみで、その他の構成は同様であるから、各部に
同一の符号を付して説明は省略する。

つぎに上述のように構成した本発明装置の作用
を第１実施例を代表として説明する。第１〜３図
はキヤリヤ２２の偏心量が最大の状態を示すのも
ので、この状態から操作ワイヤー１９を第２図の
矢印Ｄの方向に操作して、キヤリヤ枠１８を矢印
Ｅの方向に約90゜回動させると、l₁＝l₂とすれば、
第９図に示すようにキヤリヤ２２の中心O₃がク
ランク軸５の中心O₁と一致する。この状態がキ
ヤリヤ２２の偏心量が０の状態であり、第２図の
状態がキヤリヤ２２の偏心量が最大の状態であ
る。

また第９図の偏心量０の状態から第２図の偏心
量最大の状態に戻すには、操作ワイヤー１９を前
とは逆方向（第９図の矢印Ｆの方向）に操作すれ
ばよい。

すなわち操作ワイヤー１９を操作することによ
つて、キヤリヤ２２のクランク軸５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説明する。

第１０図は第９図のキヤリヤ２２の偏心量０の
状態におけるクランク軸５と、キヤリヤ２２と、
遊星核３２の軸３１と、揺動ピン３５と、リング
状ばね３６と、遊星歯車３４と、第１太陽歯車２
８との関係を示す説明図である。

この状態でクランクアーム６を介してクランク
軸５が第１０図の矢印Ｇの方向に回転すると、第
１図に示すようにクランクアーム６と結合した入
力円板１５がクランク軸５と一体に回転し、その
結果、第３図に示すように入力円板１５の外歯歯
車１５ａがリング状の内歯歯車２０と噛合してい
るため、この内歯歯車２０が回転する。またキヤ
リヤ２２と一体の外歯歯車２２ａが内歯歯車２０
と噛合しているためキヤリヤ２２がクランク軸５
と共に回転する。このため軸３１を介して各遊星
核３２および遊星歯車３４もキヤリヤ２２と共に
回動する。しかしてこの場合遊星核３２に突設し
た揺動ピン３５はリング状ばね３６によつて常に
内方へ押圧されており、この場合キヤリヤ２２の
中心と、各軸３１および揺動ピン３５の中心をそ
れぞれ通る円の中心と、第１太陽歯車２８の中心
はすべて同心で合致しているため、クランク軸５
の中心O₁と、軸３１の中心O₄と、揺動ピン３５
の中心O₅のなす角θはすべての遊星核３２にお
いて不変である。したがつてこの場合各遊星核３
２はどの位相においてもキヤリヤ２２に対して全
く回転せず、キヤリヤ２２と共に公転するのみで
ある。

しかしながら各遊星歯車３４は第１太陽歯車２
８とそれぞれ噛合しているため、この第１太陽歯
車２８の負荷抵抗によつて各遊星歯車３４は第２
図において時計方向に回転しようとするが、この
回転はラチエツト３３ａと爪３３ｂから成る一方
向クラツチ３３の作用によつて阻止される。した
がつて第１太陽歯車２８はキヤリヤ２２と一体的
に回動する遊星歯車３４によつて第９図の矢印Ｈ
のようにクランク軸５と一体的に同方向に回転す
る。したがつてこの場合クランク軸５に対する第
１太陽歯車２８の変速比は１：１である。

また第１太陽歯車２８が回転すると、軸３７を
介して遊星歯車３８も共に公転するが、この遊星
歯車３８はクランク軸５と一体に回転している入
力円板１５の内歯歯車１５ｂと噛合しているため
自転しないから、各遊星歯車３８と噛合している
第２太陽歯車２６も結局クランク軸５と一体的に
回転する。したがつてこの場合出力部材であるク
ランクギヤ１３もクランク軸５と１：１で回転す
る。

つぎに変速操作によつて、キヤリヤ２２を第
２，１１図に示す最大偏心状態にした場合は、ク
ランク軸５の矢印Ｇ方向の回転にともなつて、前
述したようにキヤリヤ２２が軸５と一体的に回転
し、その結果各遊星核３２も軸３１と共に回動す
るが、この場合キヤリヤ２２が軸５に対して偏心
しており、かつ各揺動ピン３５はリング状ばね３
６によつて常に内方へ押圧されているから、各遊
星核３２はキヤリヤ２２に対しても時々刻々回動
する。

すなわちクランク軸５の中心をO₁とし、軸３
１の中心をO₄とし、揺動ピン３５の中心をO₅と
すると、O₁，O₄，O₅のなす角θは、第１０図の
場合常に一定であるが、第１１図の場合はそれぞ
れθ₁〜θ₇のように変化する。そしてこの場合θ₁が
最小で、θ₄が最大であり、相互間には θ₁＜θ₂＜θ₃＜θ₄の関係が生ずる。

すなわちこのθ₁〜θ₄までの間の遊星歯車３４に
は第１１図に示す矢印Ｉ方向の回転が生ずるた
め、この矢印Ｉ方向の回転と、軸５を中心とする
遊星歯車３４の矢印Ｊ方向の公転によつて、これ
と噛合する第１太陽歯車２８を第１１図の矢印Ｋ
で示すように軸５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３４が７個あるた
め、回転増速域にない歯車３４は増速されない
が、前記した一方向クラツチ３３の作用によつて
７個の遊星歯車３４の中、その時最高の増速域に
ある１個の遊星歯車３４のみが第１太陽歯車２８
を駆動し、残りの６個の遊星歯車３４は、逆にそ
の第１太陽歯車２８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遊星歯車３４のラチ
エツト３３ａは爪３３ｂに対してすべつて回転す
ることになる。

第１２図は縦座標に増速変速比をとり、横座標
に第１太陽歯車２８の回転角度をとつて示した本
発明装置の１組の遊星歯車増速機構による増速特
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３４の使用個
数を多くするするのがよい。本実施例では７個の
遊星歯車３４使用しているため、各遊星歯車３４
の第１太陽歯車２８に対する駆動角度範囲は約
51゜となる。したがつて第１２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２８が第２図
の矢印Ｋのように増速回転すれば、遊星歯車３８
の矢印Ｋ方向の公転速度が、キヤリヤ２２と共に
回転する入力円板１５と一体の内歯歯車１５ｂの
矢印Ｌ方向の回転速度より大きくなるため、各遊
星歯車３８は矢印Ｍ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２６を矢印Ｎ方向
に、第１太陽歯車２８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。そしてこの回転が軸筒２５、クランクギ
ヤ１３、チエン１４、後輪用スプロケツト１１を
介して後輪８（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、操作ワイヤー１９の
操作によるキヤリヤ枠１８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８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、上述のよ
うに本発明装置は、第１太陽歯車２８と第２太陽
歯車２６による遊星歯車を使用した増速装置を、
その伝動系中に二段に配置したから、第１太陽歯
車２８の径を遊星歯車３４の径に対して大きくす
ると共に、遊星歯車３４の使用個数を多くするこ
とにより、伝動力の脈動を小さくすることができ
るうえ、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。

また本発明装置の第１太陽歯車２８と遊星歯車
３４とは、リング状ばね３６のばね力によつて常
に圧接して噛合するようにしたから、バツクラツ
シユがなくなる結果、伝動系中に発生する振動お
よび騒音を除去することができるという効果も得
られる。

さらに本実施例のように、キヤリヤ２２の両側
板部によつて各偏心遊星核３２を支持する軸３１
を両持支持にすれば、各偏心遊星核３２および遊
星歯車３４の支持強度が増大すると共に、装置全
体をコンパクト化でき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図は本発明装置を一部切欠して示す斜視図、
第５図は本発明装置を後輪ハブ軸に装備する場合
の実施例を示す縦断面図、第６図は第５図のＣ―
Ｃ線による一部断面で示す正面図、第７図は自転
車の側面図、第８図ａ，ｂ，ｃは遊星歯車と太陽
歯車の各種組合せ状態を示す説明図、第９図は第
２図のキヤリヤを偏心量Ｏにした状態を示す断面
図、第１０図および第１１図は本発明装置の変速
作用の説明図、第１２図は本発明装置による増速
特性図である。 ５…クランク軸、６…クランクアーム（入力部
材）、８…後輪、９…後輪ハブ軸、１０…後輪ハ
ブ、１１…後輪用スプロケツト、１３…クランク
ギヤ、１４…チエン、１５…入力円板、１６…固
定ケース、１８…キヤリヤ枠、１９…操作ワイヤ
ー、２０…内歯歯車、２２…キヤリヤ、２２ａ…
外歯歯車、２５…軸筒、２６…第２太陽歯車、２
８…第１太陽歯車、３１…軸、３２…偏心遊星
核、３３…一方向クラツチ、３４…遊星歯車、３
５…揺動ピン、３６…リング状ばね、３７…軸、
３８…遊星歯車。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力部材によつて回転駆動されるキヤリヤを
   偏心調整自在とし、このキヤリヤに偏心軸と内部
   に一方向クラツチを有する複数の遊星歯車を配設
   すると共に、これらの遊星歯車と弾接する第１太
   陽歯車を設け、この第１太陽歯車に軸支した遊星
   歯車を入力部材と一体的に形成した内歯歯車と噛
   合すると共に、この遊星歯車と噛合する第２太陽
   歯車を出力部材としたことを特徴とする自転車用
   無段変速装置。