JPH0232191B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主に自転車のクランク軸に装備する
のに適した無段変速装置の変速操作装置に関する
ものである。

（従来の技術） 従来の自転車用変速機としては、チエン掛け換
え式変速機、歯車式有段変速機、ベルト式無段変
速機、および特開昭54−93754号公報に開示され
た非回転カムを有する無段変速機等がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上述のチエン掛け換え式および歯
車式有段変速機は無段変速は行えず、またベルト
式無段変速機では、伝動損失が大きく、変速所要
時間も長くかかる上に、緊急時に際して変速が瞬
間的に行えないなどの欠点がある。

また特開昭54−93754号の非回転カムを有する
無段変速機は、クランクリングを内装した遊星歯
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、またその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。

しかしながらこの装置では構造上、変速比の変
動巾を大きくとれないという問題点があると共
に、遊星歯車の使用個数には限界があるため、伝
動力の脈動も或る程度以上は小さくできないとい
う問題点があつた。

本発明者等は上述の問題点を解決するために、
駆動軸に対して偏心量調整自在な偏心カムを回転
駆動自在に設け、この偏心カムの両側を正転時に
固定部材に係止される基盤によつて囲むと共に、
内周面にラチエツトを設けた出力用従動リングを
前記基盤の外周部に回転自在に設け、ベルクラン
クの一端部を前記基盤に枢支すると共に、ベルク
ランクの隅部を前記偏心カムの外周部に弾接さ
せ、ベルクランクの他端部に枢支した爪を前記従
動リングのラチエツトに弾接するようにした加速
子を前記偏心カムと從動リングとの間に複数個配
設した無段変速装置を発明したが、この無段変速
装置は当然変速操作装置を必要とするから、本発
明はこの変速操作装置を提供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） 上述の目的を達成するため本発明においては、
内側偏心カムと外側偏心カムの二部材からなり、
この二部材の差動によつて、偏心量を調整自在に
した偏心カムを回転駆動自在に設け、この偏心カ
ムの両側を基盤によつて囲むと共に、内周面にラ
チエツトを設けた出力用従動リングを前記基盤の
外周面に回転自在に設け、前記偏心カムの回転に
連動する加速子の爪によつて前記出力用従動リン
グを爪送りするようにした無段変速装置におい
て、静止部材に固定した差動フレームに回転自在
にワイヤリールを設け、このワイヤリールと差動
フレームにそれぞれ遊星歯車を枢支すると共に、
これらの遊星歯車と内接噛合するリング状の内歯
歯車を回転自在に設け、前記差動フレームに枢支
した遊星歯車と噛合する歯車を前記二部材の一方
と連結すると共に、前記ワイヤリールに枢支した
遊星歯車と噛合する歯車を前記二部材の他方と連
結して無段変速装置の変速操作装置を構成する。

（作用） 本発明装置は上述のように構成したから、その
構造上停止中でも走行駆動中でも変速操作を無理
なく確実に行うことができ、しかもその変速操作
はきわめて容易である。

またカムの偏心度合は、構造上０にすることも
容易にできるし、最大偏心量もかなり大きくする
ことができるから、変速比の変動巾（変動倍率）
を従来のクランクリングを内装した遊星歯車を使
用したものより著しく拡張することができる。

（実施例） 以下、図面について本発明を自転車用の無段変
速装置に適用した場合の一実施例を説明する。図
中１（第３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はハ
ンガラツグ、５はクランク軸（駆動軸）、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、８はチエンである。

９はクランクアーム６と一体に固着した円板状
のキヤリヤ（第４図参照）で、このキヤリヤ９の
同一円周上に複数（本実施例では４個）の軸１０
を配設し、これらの軸１０にそれぞれ遊星歯車１
１を回転自在に嵌合してある。また１２はキヤリ
ヤ９の外周部に嵌合したベアリングである。

１３は遊星歯車１１とそれぞれ噛合するように
ベアリング１４を介してクランク軸５に回転自在
に嵌合した太陽歯車で、この太陽歯車１３に隣接
して円板状のフランジ１３ａ（第４図参照）が一
体に形成してあり、このフランジ１３ａには半径
方向に沿つた長孔１３ｂが設けられている。また
フランジ１３ａに続いて軸筒部１３ｃが一体に形
成されており、この軸筒部１３ｃの端部には段付
き小径部１３ｄが形成されている。

１５は太陽歯車１３の軸筒部１３ｃに回転自在
に嵌合する内側偏心カムで、このカム１５に隣接
してクランク軸５と同心の円筒部１５ａが一体に
形成されている。１６は内側偏心カム１５の外周
部に回転自在に嵌合した外側偏心カムで、このカ
ム１６の一側面には前記太陽歯車１３のフランジ
１３ａに設けた長孔１３ｂと摺動自在に嵌合する
突起１６ａが突設されている。１７はカム１６の
外周に嵌合したベアリングである。

また１８はキヤリヤ９の外周に設けたベアリン
グ１２の外周部に嵌合すると共に、４個の遊星歯
車１１とそれぞれ噛合する内歯歯車１８ａを有
し、さらに太陽歯車１３のフランジ１３ａの外周
部と遊嵌するフランジ部１８ｂを一体に形成した
基盤Ａであり、１９は内側偏心カム１５の円筒部
１５ａに嵌合したベアリング２０の外周部に嵌合
する中空円板部１９ａを有すると共に、リング状
外周部の内周面に一方向クラツチ２１用のラチエ
ツト２１ａを形成した基盤Ｂであり、これらの基
盤１８，１９によつて偏心カム１５，１６の両側
を囲むようにしてある。

また内側偏心カム１５と一体の円筒部１５ａの
端面には差動歯車Ａ２２がビス２２ａ（第３図参
照）により固定してあり、この差動歯車Ａ２２と
隣接して同径の差動歯車Ｂ２３が、太陽歯車１３
と一体の段付小径部１３ｄに固定して設けられて
いる。２４は基盤Ｂ１９のラチエツト２１ａの内
側に遊嵌合する中空円板状の差動フレーム（第３
図参照）で、この差動フレーム２４はハンガラツ
グ４（車体）に固定してある。このフレーム２４
の外周面には、ラチエツト２１ａと係合する一方
向クラツチ２１用の爪２１ｂがばね２１ｃにより
常にラチエツト２１ａと噛合する方向に付勢され
て設けられている。また差動フレーム２４のリン
グ状外周部の内側には、リング状の内歯歯車２５
が回転自在に嵌装されており、差動フレーム２４
の車体側の側面にはワイヤリール２６が回転自在
に装置されている。２７はワイヤリール２６を差
動フレーム２４に保持させるためのリング状のプ
レートで、２８（第３図参照）はその止めビスで
ある。２９はワイヤリール２６に巻きつけたイン
ナワイヤで、３０はそのアウタワイヤである。

また差動フレーム２４の板状部には、複数（本
実施例では３個）の軸３１が円周等分位置に突設
されており、これらの軸３１に前記差動歯車Ｂ２
３と外接噛合すると共に、リング状の内歯歯車２
５と内接噛合する遊星歯車３２をそれぞれ回転自
在に嵌合してある。また２４ａは軸３１間の差動
フレーム２４に形成した円弧状の長孔で、３３は
これらの長孔２４ａを貫通するようにワイヤリー
ル２６の側面に突設した軸であり、３４はこれら
の軸３３に回転自在に嵌合した遊星歯車で、この
各遊星歯車３４は、差動歯車Ａ２２と外接噛合す
ると共に、内歯歯車２５と内接噛合するようにし
てある。

３５は断面形状を略コ字状に形成すると共に、
その一側にスプロケツト３６を一体に形成した出
力用從動リングで、前記基盤Ａ１８と基盤Ｂ１９
の外周部にベアリング（多数の鋼球）３７を介し
て回転自在に嵌装されている。

この出力用從動リング３５の内周部の凹所に
は、傘歯車３８ａの内周にラチエツト３８ｂを形
成した２個のラチエツトリング３８が回転自在に
並設されており、この並設した２個のラチエツト
リング３８の傘歯車３８ａとそれぞれ噛合する複
数個（本実施例では５個、第２図参照）の傘歯車
３９を軸４０を介して出力用從動リング３５に枢
支してある。４１はそのロツクナツトである。

また２枚の板状ベルクランク４２を前記ベアリ
ング１７および外側偏心カム１６を挟むように対
向させて１組のベルクランクとし、そのベルクラ
ンク４２の一端部を枢支軸４３により左右の基盤
Ａ１８および基盤Ｂ１９に枢支すると共に、ベル
クランク４２の隅部にベアリング１７と接合する
ローラ４４を軸４６により枢支し、ベルクランク
４２の他端部に軸４６により枢支した爪４７を從
動リング３５のラチエツト３８ｂのいずれか一方
に軸４６に嵌装したコイルばね４８により常に弾
接させるようにして加速子４９を構成してある。

この加速子４９は第２図に示すように、ベアリ
ング１７とラチエツト３８ｂとの間に複数個（本
実施例では10個）配設し、隣接する加速子４９の
爪４７は左右交互に配置してそれぞれ左右のラチ
エツト３８ｂと交互に弾接するようにしてある。

また隣接する加速子４９間の空所に、それぞれ
コイルばね５０（第２，４図参照）を嵌装したカ
ラー５１を、左右の基盤１８，１９間に介挿し、
基盤Ｂ１９の孔１９ｂより挿入したビス５２をカ
ラー５１を介して基盤Ａ１８に設けたねじ孔１８
ｃにねじ込むことにより、左右の基盤１８，１９
の連結を確実にすると共に、コイルばね５０の一
端部５０ａを基盤Ａ１８に係止し、その他端部５
０ｂを第２図に示すように、ローラ４４の軸４５
に押しつけることにより、ローラ４４が常にベア
リング１７と弾接するようにしてある。

なお、第４図中の１８ｄは基盤Ａ１８に設けた
前記加速子４９の枢支軸４３の軸孔であり、１９
ｃは基盤Ｂ１９に設けた軸孔である。

次に上述のように構成した本発明変速操作装置
を付した無段変速機の作用を説明する。

まず変速操作について説明すると、自転車に取
り付けた変速レバー（図示せず）を操作すること
により、第３，６図に示すインナワイヤ２９を矢
印Ｄの方向に移動させると、ワイヤリール２６が
第３図の矢印Ｅの方向に回動するため、軸３３も
矢印Ｅの方向に回動する。この場合自転車が停止
中であれば、クランク軸５、クランクアーム６、
キヤリヤ９、遊星歯車１１、太陽歯車１３、差動
歯車Ｂ２３、遊星歯車３２、内歯歯車２５がすべ
て停止している。

したがつて軸３３が矢印Ｅの方向に移動する
と、遊星歯車３４が第６図の矢印Ｅの方向に回転
するため、これと噛合する差動歯車Ａ２２を矢印
Ｅの方向に回転させる。

そして差動歯車Ａ２２は内側偏心カム１５と固
着しており、また外側偏心カム１６は突起１６
ａ、長孔１３ｂを介して停止中の太陽歯車１３と
連結しているため、結局インナワイヤ２９が移動
すれば内側偏心カム１５が外側偏心カム１６に対
して差動することになる。

第７図および第９図は上述の操作の結果、外側
偏心カム１６が最大偏心状態にある場合を示すも
のである。

つぎにインナワイヤ２９を前とは逆に矢印Ｇの
方向に操作すると、ワイヤリール２６および軸３
３が矢印Ｈの方向に回動するから、遊星歯車３４
が矢印Ｉの方向に回転して差動歯車Ａ２２を矢印
Ｈの方向に回転させる。このため第７図において
内側偏心カム１５が矢印Ｉの方向に回転して第８
図に示すように約θ゜回転すると、外側偏心カム１
６は本実施例における最小の偏心状態になる。

なお本実施例は自転車用の無段変速機であるか
ら、外側偏心カム１６の最大偏心度（第７図の状
態）および最小偏心度（第８図の状態）はこの程
度でよいが、同様の構造で最大偏心度をもつと大
きくすることもできるし、また内側偏心カム１５
と外側偏心カム１６の偏心量を等しくすると共
に、内外カムを180゜位相に組み合せることによつ
て、最小偏心度を０にすることも容易にできる。

また以上の変速操作は便宜上、自転車が停止し
ている場合について説明したが、自転車が走行中
においても上述した変速操作は可能であるから、
これによれば停止中でも走行中においても変速操
作が容易確実にできてきわめて便利である。

つぎにこの無段変速装置の変速伝動作用につい
て説明する。

クランクアーム６を介してクランク軸（駆動
軸）５を回転させると、クランクアーム６と一体
にキヤリヤ９が第５図において矢印Ｊで示すよう
に回転する。そのため軸１０も矢印Ｊの方向に公
転するから、太陽歯車１３に回転抵抗があれば、
基盤Ａ１８も矢印Ｊの方向に回転しようとする
が、この矢印Ｊ方向の回転は第６図（第５図と反
対方向から見ているため矢印Ｊは反対になつてい
る）に示すように、ラチエツト２１ａと爪２１ｂ
よりなる一方向クラツチ２１の作用によつて阻止
されている。

したがつて第５図においてキヤリヤ９および軸
１０が矢印Ｊの方向に回動すると、内歯歯車１８
ａと遊星歯車１１との噛合によつて遊星歯車１１
が矢印Ｋの方向に回転すると共に、太陽歯車１３
が矢印Ｌの方向にクランク軸５より増速されて回
転する。

太陽歯車１３が回転するとフランジ１３ａの長
孔１３ｂおよび突起１６ａを介して外側偏心カム
１６が共に矢印Ｌの方向に回転すると共に、差動
歯車Ｂ２３の回転が、遊星歯車３２、内歯歯車２
５、遊星歯車３４、差動歯車Ａ２２を介して内側
偏心カム１５に伝わるため、遊星歯車３２，３４
間の位相が変化しない限り、すなわちインナワイ
ヤ２９を操作してワイヤリール２６を回転させな
い限り、外側偏心カム１６と内側偏心カム１５と
は一体的に回転する。

第７図は前述したように本実施例における外側
偏心カム１６の最大偏心時の状態を示すものであ
るから、この状態で外側偏心カム１６が内側偏心
カム１５と共に、第９図に示すように矢印Ｌの方
向に回転すると、左半分に示す状態では加速子４
９が点線で示す状態になる。この時爪４７は出力
用從動リング３５内のラチエツト３８ｂと点Ｍに
おいて噛合している。

またこの状態からカム１５，１６が180゜回転す
ると、第９図の右半分に示す状態となるが、この
場合加速子４９のローラ４４がカム１６の外周に
嵌合しているベアリング１７の外周面とコイルば
ね５０の作用によつて弾接しているため、加速子
４９は枢支軸４３を支点として点線図示位置から
実線図示位置まで回動する。その結果爪４７とラ
チエツト３８ｂとの噛合点はＭからＮにl₁だけ移
動する。すなわちこのl₁の爪の移動によつて出力
用從動リング３５は矢印Ｏの方向に回転駆動され
ることになる。

しかして加速子４９は円周上に10個配置されて
おり、これら10個の加速子４９が順にl₁づつ從動
リング３５を回転させるため、結局從動リング３
５は連続して回転する。

また第８図は前述したように本実施例における
外側偏心カム１６の最小偏心時の状態を示すもの
であるから、この状態で外側偏心カム１６が内側
偏心カム１５と共に、第１０図に示すように矢印
Ｌの方向に回転すると、左半分に示す状態では加
速子４９が点線で示す状態になる。この時爪４７
は出力從動リング３５のラチエツト３８ｂと点Ｐ
において噛合している。

またこの状態からカム１５，１６が180゜回転す
ると、第１０図の右半分に示す状態となつた加速
子４９は枢支軸４３を支点として点線図示位置か
ら実線図示位置まで回動する。その結果爪４７と
ラチエツト３８ｂとの噛合点はＰからＱにl₂だけ
移動する。すなわちひのl₂の爪の移動によつて出
力用從動リング３５は回転駆動されることにな
る。

上述のようにカムの最大偏心時にはカムの半回
転毎にl₁だけ回転し、最小偏心時にはl₂だけ回転
するから、このl₁／l₂が変速比の変動巾（変動倍
率）となる。本実施例の場合、l₁／l₂≒2.5ある
が、前述したようにこの無段変速装置において
は、カムの最小偏心量を０にすることも容易にで
きるから、この変速比の変動倍率は必要に応じて
無限大にまで増大することが可能である。したが
つて本発明の無段変速装置の変速操作装置によれ
ば、その変速比の変動倍率を必要に応じていくら
でも大きくできるという特長がある。

つぎに脈動緩衝作用について説明する。前述し
たように加速子４９の爪４７が係合するラチエツ
ト３８ｂは出力用従動リング３５と一体に形成し
ても、この装置は勿論差動する。この場合10個の
加速子４９のうち最も速い速度で従動リング３５
を作動させるもののみが従動リング３５を駆動
し、他の加速子４９の爪４７はラチエツト３８ｂ
に対してすべることになる。しかしながら加速子
４９の爪４７の駆動作用は、前記したl₁またはl₂
の範囲内において、たとえクランク軸５の回転が
等速度であつても、厳密に云えば等速度ではな
い。しかしながら本実施例においては、この加速
子４９を多数（本実施例では10個）配設してある
ため、この多数の加速子４９が順に作用して従動
リング３５を駆動する結果、前記した不等速によ
る脈動を大巾に減少させることができる。

また本実施例においては、２個のラチエツトリ
ング３８を従動リング３５内に回転自在に並設す
ると共に、この２個のラチエツトリング３８の傘
歯車３８ａとそれぞれ噛合する複数個の傘歯車３
９を軸４０を介して從動リング３５に枢支し、隣
接する加速子４９の爪４７は左右交互に配置し
て、それぞれ左右のラチエツト３８ｂと交互に弾
接するように構成したから、加速子４９による從
動リング３５の駆動時には、左右２個の爪４７が
同時にラチエツト３８ｂと噛合して從動リング３
５を駆動することになる。すなわちこの駆動は自
転車の差動歯車装置（デフアレンシヤルギヤ）を
介する駆動輪の駆動と同様の差動をするため、左
右の爪４７の平均速度で從動リング３５が駆動さ
れることになる。したがつてこの差動歯車機構に
よつて伝動力の脈動はさらに減少する。

つぎに逆入力許容装置の作用を説明する。上述
の説明は自転車走行時（正転時）における作用説
明であるが、この無段変速装置を装備した自転車
が、例えば坂の途中に停止した時、重力の作用に
よつて後退したとすると、第４図においてチエン
８が矢印Ｒの方向に移動するため、第９図に示す
ようにスプロケツト３６を介して從動リング３５
を矢印Ｓの方向に回転させる逆入力が作用する。

從動リング３５が矢印Ｓの方向に回転すると、
ラチエツト３８ｂ、爪４７を含む加速子４９も矢
印Ｓの方向に回動し、その結果加速子４９の枢支
軸４３を介して基盤１８，１９も第６図に示すよ
うに矢印Ｓの方向に回転しようとする。

この場合本実施例においては、基盤１８，１９
をそれぞれベアリング１２，２０によつて回転自
在に支持すると共に、固定部材である差動フレー
ム２４と基盤Ｂ１９との間には矢印Ｓ方向の回転
を許容する一方向クラツチ２１を設けてあるた
め、矢印Ｓ方向の逆入力は上述の機構によつて無
理なく許容することができる。

なお、この逆入力時にクランクアーム６および
クランク軸５が停止していれば、キヤリヤ９も停
止しているため、第５図に示すように基盤Ａ１８
が矢印Ｓの方向に回転すると、遊星歯車１１が矢
印Ｋの方向に回転すると共に、太陽歯車１３が矢
印Ｌの方向に回転する。

このため前述したように加速子４９が差動する
が、この場合は加速子４９を枢支軸４３を介して
支持している基盤１８，１９が第９図において矢
印Ｓの方向に回転して逃げるから、何等支障はな
い。

（発明の効果） 本発明の無段変速装置の変速操作装置は上述の
ように構成したから、その構造上停止中でも走行
駆動中でも変速操作を無理なく確実に行うことが
できる上に、その変速操作はきわめて容易である
という効果が得られる。

またカムの偏心度合は、構造上０にすることも
容易にできるし、最大偏心量もかなり大きくする
ことができるから、変速比の変動巾（変動倍率）
を従来のクランクリングを内装した遊星歯車を使
用したものより著しく拡張す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図は本発明の変速操作装置を有する無段変
速装置の縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面
図、第３図および第４図はその無段変速装置の分
解斜視図、第５図は第１図のＢ−Ｂ断面図、第６
図は第１図のＣ−Ｃ断面図、第７図および第８図
は偏心カム部を一部切欠して示す正面図、第９図
および第１０図は加速子の作動説明図である。 ４……ハンガラツグ、５……クランク軸（駆動
軸）、６……クランクアーム、８……チエン、９
……キヤリヤ、１１……遊星歯車、１２……ベア
リング、１３……太陽歯車、１５……内側偏心カ
ム、１６……外側偏心カム、１７……ベアリン
グ、１８……基盤Ａ、１９……基盤Ｂ、２０……
ベアリング、２１……一方向クラツチ、２２……
差動歯車Ａ、２３……差動歯車Ｂ、２４……差動
フレーム、２５……内歯歯車、２６……ワイヤリ
ール、２７……プレート、２９……インナワイ
ヤ、３０……アウタワイヤ、３２，３４……遊星
歯車、３５……出力用従動リング、３６……スプ
ロケツト、３７……ベアリング、３８……ラチエ
ツトリング、３９……傘歯車、４２……板状ベル
クランク、４３……枢支軸、４４……ローラ、４
７……爪、４８……コイルばね、４９……加速
子、５０……コイルばね、５１……カラー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内側偏心カムと外側偏心カムの二部材からな
   り、この二部材の差動によつて、偏心量を調整自
   在にした偏心カムを回転駆動自在に設け、この偏
   心カムの両側を基盤によつて囲むと共に、内周面
   にラチエツトを設けた出力用従動リングを前記基
   盤の外周面に回転自在に設け、前記偏心カムの回
   転に連動する加速子の爪によつて前記出力用従動
   リングを爪送りするようにした無段変速装置にお
   いて、静止部材に固定した差動フレームに回転自
   在にワイヤリールを設け、このワイヤリールと差
   動フレームにそれぞれ遊星歯車を枢支すると共
   に、これらの遊星歯車と内接噛合するリング状の
   内歯歯車を回転自在に設け、前記差動フレームに
   枢支した遊星歯車と噛合する歯車を前記二部材の
   一方と連結すると共に、前記ワイヤリールに枢支
   した遊星歯車と噛合する歯車を前記二部材の他方
   と連結してなる無段変速装置の変速操作装置。