JPH0258150B2 - - 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、多段のスプロケツト間にかけ渡したチエン
をデイレーラー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
という問題点があつた。

（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ヤリヤの同一円周
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
にスプロケツトを形成した従動回転体を、前記キ
ヤリヤに回転自在に設けると共に、この従動回転
体とキヤリヤとの間に一方向クラツチを設け、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ツチを設け、これら各一方
向クラツ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
がつて本発明によれば、チエンをかけかえる必要
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はチエンステー、
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１１ａを有するホイール状のキ
ヤリヤ１１をクランクアーム８のボス部８ａに嵌
着し、キヤリヤ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、キヤリヤ１１の各
アーム１１ａに挿通したビス１３によつて軸１２
を固定している。なお１４はキヤリヤ１１の外側
面に当てがつてビス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ツト２３を
形成した従動回転体２４を、前記キヤリヤ１１に
軸受２５を介して回転自在に設ける。

またキヤリヤ１１には第１図に示すように、ア
ーム１１ａ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
つて第３図に示すように10個のビス１３によつて
固定する。

また従動回転体２４の内側面側に同じくリング
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、キヤリヤ
１１と一体のリングプレート１１ｃの外周との間
に一方向クラツチ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
たラチエツト、２６ｂはこのラチエツト２６ａと
係脱自在にリングプレート１１ｃの外縁部に設け
た爪、２６ｃはこの爪２６ｂをラチエツト２６ａ
と係合するように付勢するばねである。すなわち
これらのラチエツト２６ａ、爪２６ｂ、ばね２６
ｃによつて一方向クラツチ２６が形成されるが、
この一方向クラツチは他の形成のものでもよい。

また前記遊星歯車１６，１７，１８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２７，２８，２
９の各内周部との間にそれぞれ一方向クラツチ３
０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
エツト、３０ｂはこれらのラチエツト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エツ
ト３０ａに係合するように付勢するリング状のば
ねである。これらのラチエツト３０ａ、爪３０
ｂ、ばね３０ｃによつて一方向クラツチ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）の一方向クラツチ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３１ａと、ハンガパイプ４の外径より
も大径の大径円筒部３１ｂ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３
１ｃ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、開孔３
２の三つの段部３２ａ，３２ｂ，３２ｃを固定軸
部５に設けた３個の爪３０ｂ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、各爪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
ラチエツト３０ａと係合して一方向クラツチ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
つて行う。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図に示す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３１ｂ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
てある。なお図中３５はスプロケツト２３に巻き
掛けしたチエンである。

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Ａ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３４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
３０ｂはすべて小径円筒部３１ａ内にあるため、
ラチエツト３０ａと係合する爪３０ｂは一つもな
い。したがつてこの場合太陽歯車２７，２８，２
９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に固着したキヤ
リヤ１１およびキヤリヤ１１と一体的に結合した
キヤリヤ１１のリングプレート１１ｃが第３図の
矢印Ｄの方向に回転する。したがつて一方向クラ
ツチ２６の爪２６ｂとラチエツト２６ａとの係合
によつて、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
ツト２３も第２図の矢印Ｃの方向にクランクアー
ム８と一体的に回転するから、チエン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とスプロケツト２３との変速比は
１：１である。

なおこの時キヤリヤ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２０，２
１，２２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ツチ３０が
いずれも断の状態にあるため何等支障はない。

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（本発明においては
５個）の遊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つて枢支する
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３１がコイルばね３４の作用によつて第
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の作用によつて対応するラチエツト３
２ａと係合する。したがつて太陽歯車２７と固定
軸部５との間の一方向クラツチ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、キヤリヤ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のみが一方向ラクツチ３
０によつて矢印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１
６が第４図の矢印Ｈの方向に自転する。したがつ
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Ｈ方向の自転によつて第４図
の矢印Ｉで示す方向に増速されて回転する。この
回転によつて従動回転体２４およびスプロケツト
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１：
1.3である。

なおこの場合他の遊星歯車１７，１８も内歯歯
車２１，２２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ツチ３０がフリー状態にあ
るため、何等支障は生じない。

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Ｄ方向の回転より、リングプレー
ト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ツチ２６によつて許
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３０
ｂが露出するため、この爪３０ｂによる一方向ク
ラツチ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Ｃ方向の公転と、矢印Ｈ方
向の自転によつて内歯歯車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
１：1.5である。

なおこの場合、開口３２の段部３２ａ内の爪３
２ｂもラチエツト３０ａと係合する状態にある
が、この場合は太陽歯車２７のラチエツト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図ｄまたは第６図ａ，ｂの
状態になつて、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のラチエツト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
つて内歯歯車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Ａの方向に
引張つて、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つて変
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３１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エツト３０ａと順次噛合す
ることによつて行われ、減速時には開口３２より
外方へ突出している３個の爪３０ｂが１個づつ開
口３２の内方へ引き込むことによつて行われる。

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
ツチを作動させる時に、もう一つのクラツチを同
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） 上述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１６，１
７，１８を１本の軸１２によつて枢支し、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１６，１
７，１８の軸１２が共通であるので構造が簡単に
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つ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、一段目がキヤリヤ１
１のリングプレート１１ｃから一方向クラツチ２
６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２１を介して従
動回転体２４に伝えられ、四段目は太陽歯車２
９、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
路によつて伝動が行われ、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ぐ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−断面図、第４図
は同−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
した状態を示す平面図、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……
クランク軸、８……クランクアーム、１１……キ
ヤリヤ、１２……軸、１４……カバープレート、
１６，１７，１８……遊星歯車、２０，２１，２
２……内歯歯車、２３……スプロケツト、２４…
…従動回転体、２６……一方向クラツチ、２７，
２８，２９……太陽歯車、３０……一方向クラツ
チ、３１……変速円筒、３２……開口、３３……
操作ワイヤ、３４……コイルばね、３５……チエ
ン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ クランクアームと一体のキヤリヤの同一円周
   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
   にスプロケツトを形成した従動回転体を、前記キ
   ヤリヤに回転自在に設けると共に、この従動回転
   体とキヤリヤとの間に一方向クラツチを設け、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ツチを設け、これら各一方
   向クラツ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。