JPH0331629B2 - - 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
上に複数個の軸を配設し、これら各軸にそれぞれ
歯数の異なる複数列の歯車を一体に形成した遊星
歯車を回転自在に嵌合し、これら各遊星歯車のう
ちの一つの歯車と噛合する内歯歯車の外周にスプ
ロケツトを形成して従動回転体を形成し、この従
動回転体を前記キヤリヤと一方向クラツチを介し
て嵌合すると共に、前記キヤリヤの同一円周上に
３個以上の軸を配設し、これらの各軸に前記従動
回転体の内周面を支承するローラを回転自在に設
け、前記各遊星歯車とそれぞれ噛合する複数個の
太陽歯車をクランク軸を中心として設け、この太
陽歯車の内周部と前記クランク軸を外包する固定
軸受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。

特に本発明においては、キヤリヤの同一円周上
に３個以上の軸を配設し、これらの各軸に従動回
転体の内周面を支承するローラを回転自在に設け
たから、従動回転体の支持が確実になると共に、
内歯歯車と遊星歯車との噛合および回転が円滑に
なる。

（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受部、６は固定軸受部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はナツト、１０はハンガパイ
プ４にねじ込んだ固定軸受部５を固定するための
止め輪である。

本実施例においては、第１図に示すように中心
部をクランクアーム８のボス部に嵌合すると共
に、外周部にギヤカバー用の突部１１ａを形成し
た円盤状のキヤリヤ１１をクランクアーム８のフ
ランジ部８ａにボルト１２ａ（第２図参照）を介
して固着し、キヤリヤ１１の同一円周上に複数個
（本実施例では４個）の軸１３を円周等分位置に
おいてクランク軸６と平行に配設する。すなわち
本実施例では、キヤリヤ１１の内側面の４個所に
それぞれ突部１１ｂ（第２図参照）を適当な高さ
に突設し、これらの突部１１ｂに円環状のリング
プレート１４をあてがつてボルト１２ｂ（第３図
参照）により固定し、このリングプレート１４と
キヤリヤ１１との間に前記軸１３をかけ渡して設
ける。

またそれぞれ歯数の異なる複数個（本実施例で
は３個）の遊星歯車１５ａ，１５ｂ，１５ｃを一
体に形成し、この遊星歯車１５をそれぞれ軸１３
に回転自在に嵌合し、これら各遊星歯車１５ａ，
１５ｂ，１５ｃのうちの一つの歯車１５ｂと噛合
する内歯歯車１６ａとその両側に配置したローラ
受段部１６ｂ，１６ｃを一体に形成すると共に、
その外周にスプロケツト１６ｄと段付円筒部とを
設けて従動回転体１６を一体的に形成する。

なお本実施例においては、製造を容易にするた
め第１図に示すように、スプロケツト１６ｄは内
歯歯車１６ａ等とは別体に形成した後、両者を一
体的に結合してある。

また前記キヤリヤ１１の外周部の内側面に設け
た内側段部と、これと対向する従動回転体１６の
段付円筒部との間に一方向クラツチ１７を介挿し
て従動回転体１６をキヤリヤ１１に対して一方向
にのみ回転自在に取り付ける。

すなわち第２，４図に示すように、１７ａは従
動回転体１６の段付円筒部に形成した一方向クラ
ツチ１７のラチエツト、１７ｂはキヤリヤ１１側
に起伏自在に枢支した爪、１７ｃはこの爪１７ｂ
をラチエツト１７ａと噛合する方向に附勢するば
ねである。この一方向クラツチ１７は他の形式の
ものでも勿論差し支えない。

また従動回転体１６の内側を支承するために、
キヤリヤ１１とリングプレート１４の同一円周上
に３個以上（本実施例では４個）のクランク軸６
と平行な軸１３ａをキヤリヤ１１とリングプレー
ト１４との間にかけ渡して設け、これらの軸１３
ａにそれぞれ小径ローラ１８ａと大径ローラ１８
ｂを回転自在に設け、これらのローラ１８ａ，１
８ｂを従動回転体１６のローラ受段部１６ｂ，１
６ｃにそれぞれ接合させて従動回転体１６を回転
自在に支承するようにする。

またクランク軸６を外包する固定軸受部５の外
周に中空円筒形状の爪胴１９をインボリユートセ
レーシヨン２０（第５図参照）を介して嵌合し、
この爪胴１９の外周にに変速円筒２１を嵌合し、
さらにこの変速円筒２１の外周に、前記遊星歯車
１５の各歯車１５ａ，１５ｂ，１５ｃとそれぞれ
噛合する太陽歯車２２，２３，２４を嵌合し、こ
れら太陽歯車２２，２３，２４の内周部と爪胴１
９の外周部との間にそれぞれ一方向クラツチ２
５，２６，２７を設け、これら各一方向クラツチ
２５，２６，２７の一つを選択的に接続できるよ
うに構成する。

すなわち２５ａ，２６ａ，２７ａ（第６図参照）
は各一方向クラツチ２５，２６，２７の爪で、こ
の爪２５ａ，２６ａ，２７ａはそれぞれ２個一組
で、180゜の位相差をもつて爪胴１９の外周に設け
た凹欠部に起伏自在に枢支されている。第６図ｂ
は太陽歯車２２に対する一方向クラツチ２５を示
すものであり、第６図ｃは太陽歯車２３に対する
一方向クラツチ２６を示すものであり、第６図ｄ
は太陽歯車２４に対する一方向クラツチ２７を示
すものである。２５ｂ，２６ｂ，２７ｂは各爪を
常に起こすように附勢するリング状のばねであ
り、２５ｃ，２６ｃ，２７ｃは太陽歯車２２，２
３，２４の内周部に形成したラチエツトである。

そして爪２５ａ，２６ａ，２７ａは第６図ｂ，
ｃ，ｄに示すようにそれぞれ60゜位相差をもつて
爪胴１９の外周部に枢支されている。また２１
ａ，２１ｂ，２１ｃはそれぞれ変速円筒２１の胴
部に設けた開口で、開口２１ａは爪２５ａに対応
し、開口２１ｂは爪２６ａに対応し、開口２１ｃ
は爪２７ａに対応している。そしてこれらの開口
２１ａ，２１ｂ，２１ｃは第７図ａに示すように
変速円筒２１の胴部に各開口の基準端縁（第７図
ａにおいては時計回り方向の端縁ａ，ｂ，ｃ）が
60゜位相差をもつて配置されており、かつその開
口２１ａ，２１ｂ，２１ｃの長さは２１ａ＜２１
ｂ＜２１ｃのように順に長くなつている。本実施
例においては、その開口長を角度で表わせば、２
１ａが28゜、２１ｂが41゜、２１ｃが51゜である。

また第７図中の２１ｄは変速円筒２１の片側
（クランクアーム８側）に設けたフランジ、２１
ｅはその反対側に設けた環状溝、２１ｆはこの環
状溝２１ｅ側の端縁の２個所（180゜位相）に設け
た切欠凹陥部である。

また第８図は変速円周２１と一体的に結合して
変速操作をするためのシフトアーム２８の詳細を
示すもので、２８ａは変速円筒２１の胴部に嵌合
するリング部、２８ｂはリング部２８ａの内側に
突設した舌片で、この２個の舌片２８ｂが変速円
筒２１の切欠凹陥部２１ｆにそれぞれ嵌入するよ
うになつている。２８ｃはリング部２８ａの外側
縁から側方へ向けて突設したアーム部であり、２
８ｄはアーム部２８ｃと連続してフランジ状に突
設したワイヤガイド部である。２８ｅはアーム部
２８ｃに設けたばね係止孔、２８ｆは同じくアー
ム部２８ｃに設けたワイヤ係止孔である。

このシフトアーム２８は、第１，３図および第
６図ａに示すように、変速円筒２１の胴部に舌片
２８ｂが切欠凹陥部２１ｆに嵌入するようにして
嵌合すると共に、環状溝２１ｅ内に止め輪２９を
嵌着して変速円筒２１とシフトアーム２８とを一
体的に結合する。

そして第３図に示すように、変速操作ワイヤ３
０の端部を孔２８ｆ、係止金具３１、止めねじ３
２によりシフトアーム２８に固定すると共に、孔
２８ｅとチエンステー３に突設したブラケツト３
３との間に戻しばね３４を張設する。

なお第１図に示す３５は各種回転部材の側面に
介挿したワツシヤ、３６はキヤリヤ１１と太陽歯
車２２との間に介挿したカラーである。

また本実施例においては、装置の各回転部材間
の隙間を塞ぐために軟質塩化ビニル樹脂等の弾性
体を素材とする各種防塵用シールを設ける。

すなわち３７は従動回転体１６の外周部に嵌着
すると共に、キヤリヤ１１の内側面に形成した環
状状源１１ｃ内に端縁３７ａを嵌入させたリング
状のシール、３８はリングプレート１４の外周部
と従動回転体１６との隙間を塞ぐリング状のシー
ル、３９はリングプレート１４の内周部とシフト
アーム２８のリング部２８ａの外周部との隙間を
塞ぐリング状のシール、４０は固定軸受部５の外
周部とシフトアーム２８のリング部２８ａの内周
部との間を塞ぐリングプレート状のシールであ
る。なお４１はスプロケツト１６ｄと噛合するチ
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３０を第２，３図の矢印Ａの方向
に引張ることにより、シフトアーム２８を介して
変速円筒２１を戻しばね３４に抗して第６図ｂ，
ｃ，ｄ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２１の胴部に設けた開口２１ａ，
２１ｂ，２１ｃと、固定軸受部５に嵌合した爪胴
１９に設けた３組６個の爪２５ａ，２６ａ，２７
ａとの関係は第９図ａの状態になる。すなわちこ
の場合、爪２５ａ，２６ａ，２７ａはすべて変速
円筒２１内にあるため、ラチエツト２５ｃ，２６
ｃ，２７ｃと係合する爪は一つもない。したがつ
てこの場合太陽歯車２２，２３，２４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Ｂ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
リングプレート１４が第２，４，５図の矢印Ｃの
方向に回転する。したがつて一方向クラツチ１７
の爪１７ｂとラチエツト１７ａとの係合によつ
て、従動回転体１６が同じく矢印Ｃの方向に回転
する。このため従動回転体１６およびスプロケツ
ト１６ｄも矢印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４１が第２図の矢印
Ｄ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１６ｄ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１６とは
一体的に回転するため、遊星歯車１５もそれと噛
合している内歯歯車１６ａと一体的に公転するか
ら、この遊星歯車１５の各歯車１５ａ，１５ｂ，
１５ｃとそれぞれ噛合している太陽歯車２２，２
３，２４はそれぞれの歯数比によつて個々に回転
するが、この回転はすべて一方向クラツチ２５，
２６，２７がいずれも断の状態にあるため何等支
障なく許容される。

また太陽歯車２２，２３，２４は変速円筒２１
の外周部に対して遊嵌されているが、本実施例お
いては４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９図ａの状態から操作ワイヤ
３０を第２図の矢印Ｅの方向に一段ゆるめると、
変速円筒２１が戻しばね３４の作用によつて第
２，９図において時計方向に回動する結果、変速
円筒２１の各開口が第９図ａの状態から、同図ｂ
の位置に移動する。このため開口２１ｃ内に一対
の爪２７ａの先端部が露出する結果、この爪２７
ａがばね２７ｂの作用によつて対応するラチエツ
ト２７ｃと第６図ｄに示すように係合する。した
がつて太陽歯車２４と固定軸受部５との間の一方
向クラツチ２７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Ｂ
の方向に回動させると、キヤリヤ１１、軸１３を
介して遊星歯車１５が第５図の矢印Ｆの方向に公
転する。しかしながらこの場合太陽歯車２４のみ
が一方向クラツチ２７によつて矢印Ｆ方向の回転
を阻止されているため、この太陽歯車２４と噛合
している大径歯車１５ｃを介して遊星歯車１５が
第５図の矢印Ｇの方向に自転する。したがつて遊
星歯車１５の中径歯車１５ｂと噛合する内歯歯車
１６ａが矢印Ｆの方向の公転と、矢印Ｇ方向の自
転によつて第５図の矢印Ｈ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１６お
よびスプロケツト１６ｄ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１６の増速比は
本実施例の場合約１：1.4である。

なおこの場合他の太陽歯車２２，２３も遊星歯
車１５の歯車１５ａ，１５ｂとそれぞれ噛合して
いるため、それぞれ回転するが、これらの太陽歯
車２２，２３はそれぞれの一方向クラツチ２５，
２６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５図においてキヤリヤ１１
の矢印Ｃ方向の回転より、従動回転体１６の矢印
Ｈ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１７（第２，４図参照）によつ
て許容される。

つぎに前記した第９図ｂの状態から操作ワイヤ
３０を第２図の矢印Ｅの方向にもう一段ゆるめる
と、変速円筒２１がさらに回動して各開口が第９
図ｂの状態から同図ｃの位置に移動する。このた
め開口２１ｂからも二番目の爪２６ａが露出する
ため、この爪２６ａによる一方向クラツチ２６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Ｂ
の方向に回動させると、この場合は太陽歯車２３
も一方向クラツチ２６によつて第５図の矢印Ｆ方
向の回転を阻止されているから、遊星歯車１５が
第５図における矢印Ｆ方向に公転すると共に、矢
印Ｇ方向に自転し、その結果内歯歯車１６ａが矢
印Ｈの方向に回転する。しかしてこの場合の遊星
歯車１５の矢印Ｇ方向の自転速度は、前記した場
合の自転速度よりも、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
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。

なおこの場合、開口２１ｃ内の爪２７ａもラチ
エツト２７ｃと係合する状態にあるが、この場合
は太陽歯車２４のラチエツト２７ｃが爪２７ａ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９図ｃの状態から操作ワイヤ
３０をさらにもう一段ゆるめると、開口２１ａが
第９図ｄまたは第６図のｂの状態になつて、開口
２１ａからも三番目の爪２５ａが露出して第６図
ｂに示すように太陽歯車２２のラチエツト２５ｃ
と係合する。

その結果クランクアーム８が矢印Ｂの方向に回
動すると、この場合は遊星歯車１５の第５図にお
ける矢印Ｆ方向の公転と、矢印Ｇ方向の自転によ
つて内歯歯車１６ａが矢印Ｈの方向に回転する。
そしてこの場合の遊星歯車１５の矢印Ｇ方向の自
転速度は、前記した遊星歯車１５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：
1.9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３０を第２図の矢印Ａの方向に
引張つて、変速円筒２１を第９図ｄの状態から順
次第９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。

本実施例のような開口２１ａ，２１ｂ，２１ｃ
を有する変速円筒２１による変速作用は、増速時
には３組の爪２５ａ，２６ａ，２７ａが１組づつ
開口より外方へ突出してそれぞれ対応するラチエ
ツトと順次噛合することによつて行われ、減速時
には開口より外方へ突出している３組の爪が１組
づつ開口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組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。

また本発明装置は第１０図に示すように、太陽
歯車２２および一方向クラツチ２５を除去すると
共に、太陽歯車２２の代わりにカラー４２を変速
円筒２１に嵌合すれば、前記した変速段の内の４
段目の変速機能がなくなつて、１：１、１：1.4、
１：1.6の三段変速装置に容易にすることができ
る。

さらに第１１図に示すように、太陽歯車２４お
よび一方向クラツチ２７も除去して、太陽歯車２
４の代わりにカラー４３を変速円筒２１に嵌合す
れば、前記した変速段の内の２段目と４段目の変
速機能がなくなつて、１：１と１：1.6の二段変
速装置に容易にすることもできる。

（発明の効果） 上述のように本発明装置は、従動回転体１６の
内側に１個の内歯歯車１６ａのみを設けたから、
従動回転体１６の製造が容易になると共に、従動
回転体１６の支持もローラ１８ａ，１８ｂ等によ
つて確実にできる。また遊星歯車１５は複数列の
歯車１５ａ，１５ｂ，１５ｃを一体に形成すると
共に軸１３によつて枢支し、これらの歯車１５
ａ，１５ｂ，１５ｃと噛合する複数列の太陽歯車
２２，２３，２４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１５の軸１３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４本の）軸１３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、チエン４１を
かけかえることなく、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。

また本発明装置の各変速段の伝動系は、一段目
がキヤリヤ１１から一方向クラツチ１７を介して
従動回転体１６に伝えられ、二段目は太陽歯車２
４、遊星歯車１５ｃ、内歯歯車１６ａを介して従
動回転体１６に伝えられ、三段目は太陽歯車２
３、遊星歯車１５ｂ、内歯歯車１６ａを介して従
動回転体１６に伝えられ、四段目は太陽歯車２
２、遊星歯車１５ａ、内歯歯車１６ａを介して従
動回転体１６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。

次に本発明においては、キヤリヤ１１の同一円
周上に３個以上の軸１３ａを配設し、これらの各
軸１３ａに従動回転体１６の内周面に形成したロ
ーラ受段部１６ｂ，１６ｃを支承するローラ１８
ａ，１８ｂを回転自在に設けたから、従動回転体
１６の支持が確実になると共に、内歯歯車１６ａ
と遊星歯車１５との噛合および回転が円滑になる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の縦断面図、第２図は一部
を第１図の−および−断面で示す側面
図、第３図は一部を切欠して示す第２図の背面
図、第４図は第１図の−線による部分断面
図、第５図は第１図の−断面図、第６図ａは
第１図の要部の部分断面図、同図ｂはその−
断面図、同図ｃは−断面図、同図ｄは−
断面図、第７図ａは変速円筒の正面図、同図ｂは
その左側面図、同図ｃは右側面図、第８図ａはシ
フトアームの正面図、同図ｂはその側面図、第９
図ａ，ｂ，ｃ，ｄは変速円筒と爪の作動説明図、
第１０図および第１１図は本発明装置の変形例図
である。 ４……ハンガパイプ、５……固定軸受部、６…
…クランク軸、８……クランクアーム、１１……
キヤリヤ、１３，１３ａ……軸、１４……リング
プレート、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ……遊
星歯車、１６ａ……内歯歯車、１６ｂ，１６ｃ…
…ローラ受段部、１６ｄ……スプロケツト、１６
……従動回転体、１７……一方向クラツチ、１８
ａ……小径ローラ、１８ｂ……大径ローラ、１９
……爪胴、２１……変速円筒、２２，２３，２４
……太陽歯車、２５，２６，２７……一方向クラ
ツチ、２８……シフトアーム、２９……止め輪、
３０……操作ワイヤ、３４……戻しばね、３７，
３８，３９，４０……シール、４１……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
   上に複数個の軸を配設し、これら各軸にそれぞれ
   歯数の異なる複数列の歯車を一体に形成した遊星
   歯車を回転自在に嵌合し、これら各遊星歯車のう
   ちの一つの歯車と噛合する内歯歯車の外周にスプ
   ロケツトを形成して従動回転体を形成し、この従
   動回転体を前記キヤリヤと一方向クラツチを介し
   て嵌合すると共に、前記キヤリヤの同一円周上に
   ３個以上の軸を配設し、これらの各軸に前記従動
   回転体の内周面を支承するローラを回転自在に設
   け、前記各遊星歯車とそれぞれ噛合する複数個の
   太陽歯車をクランク軸を中心として設け、この太
   陽歯車の内周部と前記クランク軸を外包する固定
   軸受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。