JPH05238468A - 自転車用変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変速操作が簡単且つ確実にでき、耐久性に優
れている上に、コンパクトな自転車用変速装置を提供す
ること。 【構成】 自転車フレームのハンガ部に挿通して回転自
在に支持したクランク軸にキャリヤを固定し、該キャリ
ヤの同一円周上にそれぞれ歯数の異なる歯車を一体的に
形成した複数個の遊星歯車を回転自在に軸着すると共
に、その内側に太陽歯車とスプロケットを一体的に形成
した従動回転体を前記遊星歯車の一つと噛合するように
設け、前記遊星歯車の外側に該遊星歯車と噛合する複数
個の内歯歯車をそれぞれ独立して回転自在に並設し、そ
の外周を覆う固定筒体を自転車フレームに固定して設け
ると共に、前記内歯歯車と固定筒体の間にそれぞれ一方
向クラッチを介在させ、これら各一方向クラッチの一つ
を選択的に接続できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自転車のクランク軸部
に設ける遊星歯車機構付きの自転車用変速装置に関する
ものである。

【０００２】

【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、多段のスプロケット間に掛け渡したチェー
ンをディレーラーを介して掛け替える所謂外装変速機で
ある。この他に、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。更に、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、例えば本出願人が先に提案した特開昭62-99293号公
報に開示されたものがあり、また特開平1-266089号公報
や実開昭50-26547号公報に開示されているような遊星歯
車機構と外装変速機とを組み合わせる方式のものも提案
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記特開昭62
-99293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優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、本出願人が提案
した前記特開昭62-99293号の変速装置は、一般に使用さ
れている多段の外装変速機と異なり、いずれの変速段に
おいてもクランク軸と直交する直線状の伝達経路によっ
て伝動が行われるので、チェーンやスプロケットに無理
な力がかからず、効率のよい、耐久性の優れた自転車用
変速装置としてユーザーに提供している。

【０００４】しかしながら、前記従来装置には下記のよ
うな欠点があることが分かった。すなわち、該装置にお
ける変速用の一方向クラッチは、太陽歯車の内周部に設
ける構成としているので、軸心からの距離が非常に近い
ためにクランクアームに対するてこ比が大きくなり、そ
の結果、ペダルに踏力を加えると、これらの一方向クラ
ッチに大きな荷重がかかるため、一方向クラッチを構成
しているラチェットや爪等の耐久性を損なうという問題
があり、且つ踏力が加わっている状態で変速操作をする
場合には変速操作が重くなるということが分かった。
又、該装置は、増速、ニュートラルおよび減速の状態が
得られるような遊星歯車機構を採用しているので、自転
車の走行に適したギヤ比を得るには装置自体の外形が大
きくなり、重量および外観の面からしても改善の余地が
あった。

【０００５】又、特開平1-266089号公報や実開昭50-265
47号公報（前者は２枚のスプロケットが図示されている
が後者には変速方法は明示されていない）に提案されて
いるような機構のもの、すなわち遊星増速機構の出力側
に複数列のスプロケットを有し、外装変速機（ディレー
ラー）によってチェーンを掛け替えて変速する機構のも
のは、外装変速機を必要としたり、複数のスプロケット
を設ける必要があるため、これが重量の増加やコストア
ップの要因となっていた。またこれらの装置はチェーン
が斜めに掛け渡される構造であるから、チェーンやスプ
ロケットがこじられるという問題があり、加えて遊星歯
車が片持ち構造となっているので、これが効率や耐久性
の低下を招いていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために本発明においては、自転車フレームのハンガ部に
挿通して回転自在に支持したクランク軸にキャリヤを固
定し、該キャリヤの同一円周上にそれぞれ歯数の異なる
歯車を一体的に形成した複数個の遊星歯車を回転自在に
軸着すると共に、その内側に太陽歯車とスプロケットを
一体的に形成した従動回転体を前記遊星歯車の一つと噛
合するように設け、前記遊星歯車の外側に該遊星歯車と
噛合する複数個の内歯歯車をそれぞれ独立して回転自在
に並設し、その外周を覆う固定筒体を自転車フレームに
固定して設けると共に、前記内歯歯車と固定筒体の間に
それぞれ一方向クラッチを介在させ、これら各一方向ク
ラッ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。

【０００７】また前記した一方向クラッチとして、前記
内歯歯車の外周にラチェット歯を刻設すると共に、前記
固定筒体の外周に開口部を設け、そこに爪を回動自在に
軸着した爪台を固定し、該爪をばねによって前記ラチェ
ットに係合させるようにすると共に、前記爪の他端に連
結した操作ワイヤを操作することによって前記爪の一つ
を選択的に接続できるようにする。

【０００８】

【作用】本発明装置は上述のように構成するため、二段
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で且つ小径にできる。また、
本発明によれば、大径の内歯歯車の外周部に一方向クラ
ッチを設けたから、一方向クラッチ部にかかる踏力によ
るトルクを低く押さえることが出来る。従って本発明に
よれば、チェーンを掛け替える必要のない、二段以上の
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。

【０００９】

【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（図２参照）は自転車フレームのメインパ
イプ、２は立パイプ、３はチェンステー、４（図１参
照）はハンガパイプ、５はハンガパイプ４に螺着したハ
ンガワン、６はハンガパイプ４に挿通しボールベアリン
グ７，ハンガワン５を介して回転自在に設けたクランク
軸、９はクランク軸６に嵌着したクランクアーム、10は
クランクアーム９をクランク軸６に嵌着させるための座
金付ナットである。又11はハンガパイプ４の端部にリン
グナット８で締め付けてフレームと一体的に固定した中
空円盤状の固定筒体である。

【００１０】本実施例においては、図１に示すようにハ
ンガパイプ４に螺着したハンガワン５に固定筒体11の中
心孔を嵌合すると共に、リングナット８でハンガパイプ
４の端部に締着してフレームと一体的に固定する。又、
図３に斜視図で示すように、クランク軸６のスプライン
6aと嵌合するスプライン孔12a を中心に有する円盤体の
円周部の３個所を略半円状に凹欠してキャリヤ本体12b
を形成し、このキャリヤ本体12b に２枚のリングプレー
ト12c, 12dを両側にあてがって、３本のボルト12e によ
りキャリヤ本体12b と一体的に固定してキャリヤ12を構
成する。

【００１１】上述のように形成したキャリヤ12のスプラ
イン孔12a をクランク軸６のスプライン6aに嵌合するこ
とによってキャリヤ12をクランク軸６に固定し、このキ
ャリヤ12の前記凹欠部12f 内にそれぞれ遊星歯車13を配
置して軸14によりキャリヤ12に対して回転自在に軸支す
る。この遊星歯車13は歯数の異なる複数個（本実施例で
は３個）の歯車13a, 13b, 13c を一体的に形成したもの
で、それぞれカラー14a を介して軸14によりキャリヤ12
に枢支されている。

【００１２】又、太陽歯車15a とスプロケット15b とを
一体的に形成してなる従動回転体15の太陽歯車15a を前
記遊星歯車13a と噛合させると共に、ローラベアリング
16を介してクランク軸６に回転自在に嵌装する。一方、
前記遊星歯車13の各歯車13a, 13b, 13c と固定筒体11の
間に、その内周に内歯をもち且つその外周にラチェット
歯を刻設した内歯歯車17, 18, 19を設けて、それぞれ前
記遊星歯車13a, 13b, 13c と噛合させる。また、固定筒
体11と内歯歯車17, 18, 19との間にそれぞれ一方向クラ
ッチを介在させる。

【００１３】すなわち、図４〜図６の17b(18b, 19b) は
内歯歯車17(18, 19)の外周に形成したラチェット歯、21
(22, 23)はこのラチェット歯と係脱自在に固定筒体11に
爪台20を介して設けた爪、24(25, 26)はこの爪21(22, 2
3)をラチェット歯17b(18b,19b)とそれぞれ係合するよう
付勢するばねである。すなわち、これらのラチェット歯
17b(18b, 19b) 、爪21(22, 23)、ばね24(25, 26)によっ
て一方向クラッチが形成されている。

【００１４】そして本発明においては、上述した複数組
の一方向クラッチ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、爪台20に爪21,
22, 23及びばね25, 26を挿入して爪軸27によって回転自
在に軸架すると共に（図６参照）、固定筒体11に設けた
開口部（図２，４，５参照）を通し内歯歯車17, 18, 19
に刻設したラチェット歯17b, 18b, 19b に爪21, 22, 23
がそれぞれ係合するようにビス29, 30にて前記爪台20を
固定筒体11に固定する。すなわち爪23にばね26を、又爪
22にばね25を付勢すると共に、ばね24を爪21と爪台20と
の間に張設し、爪21, 22, 23をラチェット歯17b, 18b,
19b にそれぞれ付勢係合させることによって一方向クラ
ッチを構成する。

【００１５】また、爪22の一端にはトリガー28を設けて
おり、爪21は図２，４に示すＡ方向に移動して一定の範
囲を過ぎたら爪22と一体的に動くように構成されている
（図５参照）。また、爪23はばね26によって常にラチェ
ット歯19b に係合するよう付勢されている。また、爪21
の一端にはワイヤニップル受け21a が設けられており、
そこに操作ワイヤ32の一端に設けたワイヤニップル32a
を嵌合させる。そして操作ワイヤ32を図２の矢印Ａ，Ｂ
のように操作することによって爪の選択を行う。なお31
は固定筒体11の開放端に設けたカバープレートである。

【００１６】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32を図２の矢印Ａの方向に最大限まで引
っ張ると、爪とラチェット歯の関係は図5(a)の状態にな
る。すなわちこの場合、爪23とラチェット歯19b だけが
係合する。従って、内歯歯車19と固定筒体11との間の一
方向クラッチだけが接続する。

【００１７】この状態でクランクアーム９を図２の矢印
Ｃの方向に回転させると、クランク軸６、遊星キャリヤ
12、軸14、カラー14a を介して遊星歯車13が図４の矢印
Ｄの方向に公転する。この場合、内歯歯車19のみが一方
向クラッチによって矢印Ｇ方向の回転を阻止されている
ため、この内歯歯車19と噛合している遊星歯車13c が矢
印Ｅの方向に自転する。また遊星歯車13a, 13bは遊星歯
車13c と一体的に成形されており、且つ遊星歯車13a, 1
3bはそれぞれ内歯歯車17, 18と噛み合ってはいるものの
内歯歯車17, 18は自由に回転できるので遊星歯車13c と
同方向、同角速度で自転する。従って遊星歯車13a と噛
合している太陽歯車15a は矢印Ｆ方向に増速されて回転
する。この回転によって太陽歯車15a と一体的に形成さ
れたスプロケット15b が回転するからチェーン33を介し
て自転車が走行する。

【００１８】つぎに前記した図5(a)の状態から操作ワイ
ヤ32を図２の矢印Ｂの方向に一段ゆるめると、爪とラチ
ェット歯の関係は図5(b)の状態になる。すなわちこの場
合、爪23とラチェット歯19b および爪22とラチェット歯
18b の２組の一方向クラッチが係合する。従って内歯歯
車19, 18と固定筒体11の間が接続される。この状態でク
ランクアーム９を図２の矢印Ｃの方向に回転させると、
前の場合と同様にクランク軸６、遊星キャリヤ12、軸1
4、カラー14a を介して遊星歯車13が図４の矢印Ｄの方
向に公転するが、この場合内歯歯車19及び18が一方向ク
ラッチによって矢印Ｇ方向の回転を阻止されているた
め、この内歯歯車19及び18と噛合している遊星歯車13c
及び遊星歯車13b がそれぞれ矢印Ｅの方向に自転しよう
とする。ところが遊星歯車13b の自転速度が遊星歯車13
c よりも速く、また遊星歯車13b と13c とは一体的に形
成されているので内歯歯車19は矢印Ｈ方向に回転させら
れる。すなわち、遊星歯車13の自転は歯車13b によって
定まる。従って遊星歯車13b, 13cと一体的に形成された
遊星歯車13a と噛合している太陽歯車15a及びそれと一
体のスプロケット15b が矢印Ｆ方向に前回よりさらに増
速されて回転することになる。

【００１９】また、前記した図5(b)の状態から操作ワイ
ヤ32を図２の矢印Ｂの方向にさらに一段ゆるめると、爪
とラチェット歯の関係は図5(c)の状態になる。すなわち
この場合、爪21, 22, 23とラチェット歯17b, 18b, 19b
よりなる３組の一方向クラッチはすべてが係合する。従
って内歯歯車17, 18, 19と固定筒体11の間がすべて接続
する。この状態でクランクアーム９を図２の矢印Ｃの方
向に回転させると、この場合も前回と同様にクランク軸
６、遊星キャリヤ12、軸14、カラー14a を介して遊星歯
車13が図４の矢印Ｄの方向に公転するが、この場合内歯
歯車17, 18及び19のすべてが一方向クラッチによって矢
印Ｇ方向の回転を阻止されているため、この内歯歯車1
7, 18, 19と噛合している遊星歯車13a, 13b及び13c が
それぞれ矢印Ｅの方向に自転しようとする。ところが遊
星歯車13a の自転速度が遊星歯車13b, 13cよりも速く、
また遊星歯車13a, 13b, 13c は一体的に形成されている
ので内歯歯車18と19とは矢印Ｈの方向に回転させられ
る。すなわち、遊星歯車13の自転は遊星歯車13a によっ
て定まる。従って、遊星歯車13a と噛合している太陽歯
車15aおよびそれと一体のスプロケット15b が矢印Ｆの
方向に前回よりさらに増速されて回転することになる。
逆に減速する場合は、操作ワイヤ32を図２の矢印Ａの方
向に引っ張る。すなわち図５において(c) →(b) →(a)
のように操作すれば良い。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載されるような効果を奏する。すな
わち、本装置においては変速操作レバーを操作して操作
ワイヤを引いたり戻したりするだけで一方向クラッチを
選択して変速操作を行うことができるので、変速操作が
簡単で且つ確実に変速できる。また、従来装置（従来多
用されている外装変速装置、特開平1-266089号) のよう
に複数のスプロケットやチェーンをそれに掛け替える為
の外装変速機を必要としないのでコストや重量を押さえ
ることができる。また、いずれの変速段においてもクラ
ンク軸と直交する直線状の伝達経路によって伝動が行わ
れ、しかも各歯車軸は両持構造であるから、各歯車の伝
達効率が優れている上に、強度的にも無理のない構造で
あるから耐久性が優れている。

【００２１】また、変速用の一方向クラッチを装置外周
部に設ける構成とした結果、軸心から一方向クラッチま
での距離が遠くなったので、一方向クラッチにかかる踏
力によるトルクが小さくなった。このため一方向クラッ
チを構成しているラチェットや爪の耐久性が向上すると
共に、踏力が加わっている状態での変速操作も軽くなる
という効果も得られる。加えて、本装置は遊星増速機構
を構成しているので装置自体の外形を小さく抑えること
ができ、コンパクトかつ軽量で外観的にも優れた自転車
用変速装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の縦断面図である。

【図２】その一部切欠き側面図である。

【図３】キャリヤと遊星歯車との結合体の斜視図であ
る。

【図４】図１のＸ−Ｘ断面図である。

【図５】(a)(b)(c) は、一方向クラッチの各作動状態図
である。

【図６】一方向クラッチ部の分解斜視図である。

【符号の説明】

１ メインパイプ ２ 立パイプ ３ チェーンステー ４ ハンガパイプ ５ ハンガワン ６ クランク軸 ７ ボールベアリング ８ リングナット ９ クランクアーム 10 座金付ナット 11 固定筒体 12 キャリヤ 12a スプライン孔 12b キャリヤ本体 12c リングプレート 12d リングプレート 12e ボルト 12f 凹欠部 13 遊星歯車 13a, 13b, 13c 遊星歯車 14 軸 15 従動回転体 15a 太陽歯車 15b スプロケット 16 ローラベアリング 17, 18, 19 内歯歯車 17a, 18a, 19a 内歯 17b, 18b, 19b ラチェット歯 20 爪台 21, 22, 23 爪 21a ワイヤニップル受け 24, 25, 26 ばね 27 爪軸 28 トリガー 29, 30 ビス 31 カバープレート 32 操作ワイヤ 32a ワイヤニップル 33 チェーン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自転車フレームのハンガ部に挿通して回
   転自在に支持したクランク軸にキャリヤを固定し、該キ
   ャリヤの同一円周上にそれぞれ歯数の異なる歯車を一体
   的に形成した複数個の遊星歯車を回転自在に軸着すると
   共に、その内側に太陽歯車とスプロケットを一体的に形
   成した従動回転体を前記遊星歯車の一つと噛合するよう
   に設け、前記遊星歯車の外側に該遊星歯車と噛合する複
   数個の内歯歯車をそれぞれ独立して回転自在に並設し、
   その外周を覆う固定筒体を自転車フレームに固定して設
   けると共に、前記内歯歯車と固定筒体の間にそれぞれ一
   方向クラッチを介在させ、これら各一方向クラッチの一
   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。
2. 【請求項２】 請求項１記載の一方向クラッチとして、
   前記内歯歯車の外周にラチェット歯を刻設すると共に、
   前記固定筒体の外周に開口部を設け、そこに爪を回動自
   在に軸着した爪台を固定し、該爪をばねによって前記ラ
   チェットに係合させるようにすると共に、前記爪の他端
   に連結した操作ワイヤを操作することによって前記爪の
   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。