JPH056049B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、自転車等の変速に好適な無段変速
装置に関する。

【従来の技術】

従来、自転車の変速装置には多段式変速装置が
用いられており、例えば、第１１図に示すよう
に、自転車本体に主チエーン歯車２を取り付ける
とともに、後輪軸に主チエーン歯車２より径が小
さい複数のチエーン歯車４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４
Ｄ，４Ｅを取り付け、主チエーン歯車２とチエー
ン歯車４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅの一つとの
間にチエーン６を掛け回し、主チエーン歯車２に
取り付けられたクランクペタルを以て主チエーン
歯車２に加えられた回転力がチエーン６を介して
例えば、チエーン歯車４Ｃに伝達される。主チエ
ーン歯車２に対するチエーン歯車４Ｃの回転は、
主チエーン歯車２とチエーン歯車４Ｃとの歯車比
によつて逆比例関係にあり、主チエーン歯車２の
回転に対してチエーン歯車４Ｃ側の回転数を上昇
させたい場合には歯数の少ないチエーン歯車４
Ｄ，４Ｅ側に変更し、また、回転数を下降させた
い場合には歯数の多いチエーン歯車４Ａ，４Ｂに
変更すればよい。

【発明が解決しようとする課題】

従来の多段式変速装置では、変更すべき歯数の
異なる複数のチエーン歯車４Ａ〜４Ｅは後輪側の
軸に取り付けられ、主チエーン歯車２に対してチ
エーン６が変更可能な幅内に収められている。 ところで、主チエーン歯車２とチエーン歯車４
Ａ〜４Ｅとの間に掛け回されているチエーン６
は、第１２図のＡ及びＢに示すように、ピン８に
ローラ１０が回転可能に取り付けられ、このロー
ラ１０を挟んでピン８の両端側にローラリンクプ
レート１２とピンリンクプレート１４とが取り付
けられている。したがつて、各ローラ１０は、噛
み合うべき主チエーン歯車２又はチエーン歯車４
Ａ〜４Ｅの歯に対応する一定の間隔を保持しなが
らローラリンクプレート１２及びピンリンクプレ
ート１４で繋ぎ合わされている。このようなリン
ク構造を成すチエーン６は、ローラ１０の回転方
向（矢印Ｘの方向）には滑らかな屈曲性を備えて
いるが、それ以外の方向（例えば矢印Ｙの方向）
ではローラリンクプレート１２やピンリンクプレ
ート１４が屈曲性を阻止している。即ち、チエー
ン６は、回転方向のみに滑らかな屈曲性を備えて
いるのである。 このため、主チエーン歯車２の延長線上に置か
れたチエーン歯車４Ｃでは、第１１図に示すよう
に、理想的なチエーン駆動が行われるのに対し、
主チエーン歯車２と一定の角度θを成すチエーン
歯車４Ｅとの間では、その角度θがチエーン６に
無用な応力を作用させることになる。このため、
変速時にチエーン６が外れたり、加速時に変速比
を上昇させると、変速比の上昇に伴う負荷に加え
てチエーン６に作用する応力が変速に伴う負荷と
して加わり、運転者が段階的に荷重を感じる欠点
がある。 また、このような歯数の異なる複数のチエーン
歯車４Ａ〜４Ｅを段階的に変更させる多段式変速
装置では、チエーン歯車４Ａ〜４Ｅの変更時に急
激に負荷が変わることになり、急激な荷重変化に
より滑らかな変速状態が得られず、運転者は加速
方向のギヤ変換を行う度に不快感を感じる等の欠
点がある。 そこで、この発明は、必要に応じて連続的に変
速操作を行うことができるとともに、変速に伴う
負荷を軽減させた無段変速装置の提供を第１の目
的とする。 また、この発明は、摺動歯とチエーンとの係合
関係の変更を容易にし、円滑な変速操作を実現し
た無段変速装置の提供を第２の目的とする。

【課題を解決するための手段】

即ち、この発明の無段変速装置は、第１の目的
を達成するため、第１図ないし第６図に例示され
るように、主軸２４に取り付けられたガイド円盤
４４と、このガイド円盤に軸受環５８，６０を介
して回動可能に取り付けられるとともに前記主軸
に対して放射状に配設された複数のねじ軸６２
と、各ねじ軸の回転によつて半径方向の位置が変
更されるとともに、チエーン５４が掛け回される
摺動歯（首振り一枚歯４２）と、前記ねじ軸に取
り付けられた第１の歯車（小傘歯車６６）と、こ
の第１の歯車に噛み合う第２の歯車（大傘歯車６
８）とを備え、この第２の歯車を手動又は駆動源
を以て回転させることによつて前記ねじ軸を回転
させ、前記摺動歯の位置を変更させるねじ軸回転
機構６４とを備えたことを特徴とする。 また、この発明の無段変速装置は、第２の目的
を達成するため、前記ねじ軸にスライドナツト７
０を介して前記摺動歯を取り付けるとともに、前
記摺動歯にその歯先が任意の角度だけ回動可能な
首振り機構９８を設けたものである。

【作用】

この発明の無段変速装置では、変速操作機構か
らねじ軸に回転力を与えると、ねじ軸の回転によ
つて摺動歯がねじ軸上を移動し、その移動量はね
じ軸の回転に依存する。摺動歯は放射状に配設さ
れたねじ軸上を移動するので、主軸に近い位置か
らその直径方向に移動した場合には、複数の摺動
歯が成す歯先円の直径が拡大され、これは、摺動
歯の歯数が増加したことと等価になる。 即ち、この摺動歯を主歯車に設定し、この摺動
歯側と一定の歯数の歯車との間にチエーンを懸け
回せば、ガイド盤の周縁方向又はその中心方向に
摺動歯を移動させると、歯数が増加又は減少した
ことと等価になるので、歯車との間のギヤ比が変
更されて変速される。 また、この発明の無段変速装置では、摺動歯が
回転方向に僅かの角度だけ回動する場合、即ち、
首振りが行われる場合、摺動歯に懸け回されてい
るチエーンとの噛み合いが滑らかに変更されるこ
とになる。

【実施例】

以下、この発明を図面に示した実施例を参照し
て詳細に説明する。 第１図及び第２図は、この発明の無段変速装置
の一実施例を示し、第１図はその正面図、第２図
は第１図の−線断面図である。 第１図に示すように、この実施例の無段変速装
置は自転車に設置されたものである。そこで、自
転車の骨格を成す自転車本体２０には、第２図に
示すように、軸受２２を介して主軸２４が回転可
能に取り付けられ、この主軸２４は軸受２２の端
面から左右に一定の長さだけ突出して取り付けら
れている。図中左端側には左側クランクペタル２
６が取り付けられ、図中右端側には、この発明に
係る無段変速装置２８が取り付けられている。即
ち、主軸２４の右端側には、軸受２２の端面との
間に僅かの間隔３０を設けてテーパ軸ブツシユ３
２が被せられ、このテーパ軸ブツシユ３２は主軸
２４に焼きばめ等の固定手段によつて固定され、
さらに止めねじ３４を以て固定されている。この
テーパ軸ブツシユ３２には、内面側にテーパ軸ブ
ツシユ３２のテーパに対応してテーパ孔を備えた
円筒状を成す装置本体３６が取り付けられてお
り、この装置本体３６とテーパ軸ブツシユ３２と
は、両者間に設けられたキー溝にキー３８を嵌め
込んで一体的に固定されている。装置本体３６は
径大部３６ａと径小部３６ｂとを備え、径大部３
６ａ側の端面にはフランジ４０が形成され、径大
部３６ａ側を軸受２２側にして取り付けられてい
る。 装置本体３６には主軸２４を中心にしてその半
径方向に移動すべき摺動歯としての複数の首振り
一枚歯４２が設置され、各首振り一枚歯４２は、
半径方向への移動を案内するガイド円盤４４及び
外ガイド４６の間隔内に取り付けられている。そ
して、ガイド円盤４４は、右側クランクを兼用し
ており、第２図に示すように、ペタル取付台４８
にペダル軸４９を以て右側ペタル５０が取り付け
られており、この右側ペタル５０を踏み込むこと
によつて主軸２４を中心にして回転する。 ガイド円盤４４には、第４図に示すように、首
振り一枚歯４２の移動を案内する複数のガイド溝
５２が放射状に形成され、各首振り一枚歯４２に
は、チエーン５４が懸け回される。このガイド円
盤４４の背面部には、外ガイド４６が設置されて
おり、この外ガイド４６には、第５図に示すよう
に、ガイド円盤４４と同様のガイド溝５６が放射
状に形成されている。したがつて、この外ガイド
４６は、ガイド円盤４４と相俟つて首振り一枚歯
４２の摺動を案内し、首振り一枚歯４２に懸け回
されたチエーン５４の離脱防止手段として機能す
るものである。外ガイド４６は装置本体３６のフ
ランジ４０の内側に固定されている。 そして、ガイド円盤４４には、その中心側に軸
受として小径の軸受環５８が取り付けられるとと
もに、その周縁部に大径の軸受環６０が固定され
ている。軸受環５８，６０の間には、首振り一枚
歯４２を回転によつて移動させる複数のねじ軸６
２が放射状に取り付けられている。 各ねじ軸６２は軸受環５８の内側より突出させ
られており、各ねじ軸６２のねじ軸回転機構６４
の第１の歯車としての小傘歯車６６が同心円上に
取り付けられている。そして、装置本体３６の径
小部３６ｂには、ねじ軸回転機構６４の第２の歯
車として、各小傘歯車６６に噛み合う大傘歯車６
８が回転可能に取り付けられている。即ち、ねじ
軸６２には、第６図に示すように、首振り一枚歯
４２を支持する支持部材としてのスライドナツト
７０が取り付けられ、このスライドナツト７０に
はガイド円盤４４のガイド溝５２に挿入して案内
させるスライド部７２が一体に固定されている。
このスライド部７２には、首振り一枚歯４２が支
軸７４，７６を以て首振り可能に取り付けられて
いるとともに、外ガイド４６のガイド溝５６に挿
入して案内させる外スライド部７８が取り付けら
れている。 そして、大傘歯車６８には、この大傘歯車６８
を回転させるための操作手段として星型把手８０
が大傘歯車６８の内側からねじ８２を以て一体に
取り付けられている。星型把手８０には中間部を
屈曲させて大傘歯車６８に対応した膨出部８４が
設けられているとともに、この実施例では、運転
者が手で回転させるための複数の把手部８６が放
射上に形成され、その端部は安全のために球形に
形成されている。 また、この星型把手８０の外面側には抑えボー
ル８８を介在させてボール抑え板９０が設けら
れ、その外面側から本体固定ボルト９２がテーパ
軸ブツシユ３２を経て主軸２４のねじ孔にねじ込
まれて固定されている。即ち、大傘歯車６８及び
星型把手８０は、装置本体３６の径大部３６ａと
径小部３６ｂとで形成された段部とボール抑え板
９０との間に本体固定ボルト９２を以て回転可能
に固定されている。 また、第７図のＡ及びＢは、首振り一枚歯４２
の具体的な構造を示す。 首振り一枚歯４２にはチエーン５４に噛み合う
１つの歯９４が形成されており、この歯９４の下
部には支持部９６が形成されている。この支持部
９６は歯９４を頂部にして扇形状を成しており、
その中間部には首振り一枚歯４２の首振り機構９
８が設けられている。即ち、円弧状を成す窓部１
００が形成され、その中心に支軸７６を貫通させ
るとともに、その下部に支軸７４を貫通させてい
る。窓部１００の相対向する内壁部には係止凸部
１０２，１０４が形成され、これに対応する係止
凸部１０６，１０８が支軸７６の壁面部に形成さ
れている。係止凸部１０２，１０６間及び係止凸
部１０６，１０８間にはそれぞれコイルスプリン
グ１１０，１１２が僅かに圧縮されて挿入されて
いる。このため、首振り一枚歯４２は、コイルス
プリング１１０，１１２の弾性的な平衡により、
第８図に示すように、主軸２４を中心にして放射
状方向に維持される。したがつて、首振り一枚歯
４２がスライドナツト７０を通してガイド円盤４
４の周縁方向に移動してチエーン５４と係合する
場合には、第９図に示すように、首振りによつて
首振り一枚歯４２は最も近いチエーン５４の係合
間隔１１４に対応して係合することが可能にな
る。 そして、第１０図は、無段変速装置２８に用い
られるテンシヨン機構の一実施例を示す。 自転車では、前後輪の中間部分に無段変速装置
２８が設置され、後輪軸に後輪チエーン歯車１１
６が取り付けられ、無段変速装置２８と後輪チエ
ーン歯車１１６との間にチエーン５４が懸け回さ
れる。チエーン５４の長さを無段変速装置２８側
の首振り一枚歯４２の最外周位置に設定するもの
とすれば、首振り一枚歯４２の位置が主軸２４の
中心方向に変更されると、その位置に比例してチ
エーン５４は撓むことになる。このような撓みは
無段変速装置２８と後輪チエーン歯車１１６との
間の回転伝達を損なうことになるので、チエーン
５４を首振り一枚歯４２の移動とは無関係に一定
の張力に調節する必要がある。 そこで、この実施例の自転車では、無段変速装
置２８と後輪チエーン歯車１１６との間に、自転
車本体２０に固定されるレバー１１８が垂直に取
り付けられ、このレバー１１８の下端部に支軸１
２０を以て可動する可動レバー１２２が取り付け
られている。この可動レバー１２２は、後輪チエ
ーン歯車１１６側を長く、無段変速装置２８側を
短く設定し、各端部側に小径のチエーン歯車１２
４，１２６が取り付けられている。チエーン歯車
１２４はチエーン５４の上側、チエーン歯車１２
６はチエーン５４の下側にそれぞれ配置され、可
動レバー１２２のチエーン歯車１２６側の端部
と、後輪チエーン歯車１１６側に突き出してレバ
ー１１８の中間部に設けられたアーム１２８との
間にコイルスプリング１３０を引き延ばして取り
付け、このコイルスプリング１３０の復元力によ
つてチエーン歯車１２４，１２６を以てチエーン
５４を矢印Ｆで示す方向に張力を作用させ、無段
変速装置２８と後輪チエーン歯車１１６との間の
チエーン５４に一定の張力を作用させている。 以上の構成において、動作を説明する。 無段変速装置２８の各首振り一枚歯４２と後輪
チエーン歯車１１６との間にチエーン５４が懸け
回され、無段変速装置２８のガイド円盤４４に取
り付けられている右側ペタル５０又は左側ペタル
を以て回転力を作用させると、首振り一枚歯４２
からチエーン５４を通して回転力が後輪チエーン
歯車１１６に伝達される。自転車では、後輪チエ
ーン歯車１１６と後輪とは同一軸に固定されてい
るから、右側ペタル５０又は左側ペタルに作用さ
せた回転力は無段変速装置２８と後輪チエーン歯
車１１６とのギヤ比に応じた回転数が後輪チエー
ン歯車１１６に得られ、後輪がその回転数で回転
することになる。 ところで、無段変速装置２８における首振り一
枚歯４２は、星型把手８０によりその位置を任意
に変更することができる。即ち、星型把手８０を
任意方向に回転させると、その回転によつて大傘
歯車６８が回転し、その回転は小傘歯車６６に伝
達される。小傘歯車６６はねじ軸６２と一体化さ
れているので、小傘歯車６６が回転すると、その
回転がねじ軸６２を回転させることになる。する
と、ねじ軸６２に取り付けられているスライドナ
ツト７０は、ねじ軸６２の回転によつて移動し、
その移動方向は小傘歯車６６の回転方向、即ち、
星型把手８０の回転方向に依存する。したがつ
て、運転者は首振り一枚歯４２の移動方向、即
ち、減速方向（第６図の矢印V_L）か、加速方向
（第６図の矢印V_H）かによつて星型把手８０を回
転させることにより、所望の回転数を後輪チエー
ン歯車１１６に与えることができる。 この無段変速装置２８では、複数の首振り一枚
歯４２の回転半径を制御して等価的なギヤ比を変
更しており、首振り一枚歯４２の移動位置がその
ギヤ比に対応している。従来のチエーン歯車で
は、大輪のチエーン歯車と小輪のチエーン歯車と
のギヤ比で加速又は減速を行つているが、首振り
一枚歯４２の位置を変更することにより、大輪側
のチエーン歯車の歯数を変更することと等価的な
ギヤ比の変更を連続的に行うことができる。即
ち、この無段変速装置２８では、運転者が星型把
手８０を運転中に自由に回転させ、例えば、平坦
路を走行する場合には、ギヤ比を増加させる方向
に星型把手８０を操作して加速し、また、傾斜路
を登る場合には、加速方向とは逆に星型把手８０
を回転させてギヤ比を減少させることにより、無
理のない走行状態が得られる。しかも、この変速
操作は、星型把手８０の回転に比例したギヤ比を
連続的に行うことができ、従来のような段階的な
ギヤ比の変更がないため、急激な負荷の変動がな
く、自然な加速ないし減速状態が得られる。 そして、この無段変速装置では、主軸２４に外
面側がテーパ状を成すテーパ軸ブツシユ３２が取
り付けられ、その外面側に装置本体３６が取り付
けられ、この装置本体３６にねじ軸回転機構６４
を搭載したガイド円盤４４が取り付けられている
ので、全体形状が偏平化されている。このため、
従来の主チエーン歯車とほぼ同様の厚さ内に収容
でき、しかも、ガイド円盤４４が右側のペタルク
ランクを兼用させることができる等、円滑な変速
動作に加えて変速構造の小型化及び偏平化をも図
ることができる。 なお、実施例では、無段変速装置の操作を星型
把手８０を以て操作する場合について説明した
が、大傘歯車６８に大径の平歯車を取付け、この
平歯車に可逆転モータを駆動源とする歯車を噛み
合わせ、可逆転モータによつて無段変速装置を操
作するようにしてもよい。 また、実施例では自転車を例に取つて説明した
が、この発明の無段変速装置はチエーン歯車を用
いたチエーンコンベアなどの回転系統の変速装置
に利用することができ、実施例の自転車に限定さ
れるものではない。

【発明の効果】

以上説明したように、この発明によれば、次の
効果が得られる。 (a) ガイド円盤の直径方向に摺動歯を移動させる
ことにより、摺動歯の直径を連続的に変更させ
て変速させることができ、自転車に適用すれ
ば、変速時の運転者に対する負担を軽減できる
とともに、チエーンの外れ等を防止できる。 (b) 摺動歯を移動させたとき、チエーンとの係合
関係が確実になるとともに、円滑な変速操作を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の無段変速装置の一実施例を
示す正面図、第２図は第１図に示した無段変速装
置の−線断面図、第３図は第２図に示した無
段変速装置のペタル部分を示す図、第４図は第２
図に示した無段変速装置の−線断面図、第５
図は第２図に示した無段変速装置の−線断面
図、第６図は無段変速装置におけるねじ軸回転機
構を示す図、第７図は首振り一枚歯の具体的な構
成例を示し、Ａはその一部を切り欠いた正面図、
Ｂはその断面図、第８図は無段変速装置における
首振り一枚歯の配置を示す図、第９図は無段変速
装置における首振り一枚歯の首振り状態を示す
図、第１０図は第１図に示す無段変速装置を適用
した自転車におけるチエーンのテンシヨン機構を
示す図、第１１図は自転車に用いられた従来の変
速装置の概要を示す図、第１２図はチエーンの一
部を示す図である。 ２４……主軸、４２……首振り一枚歯（摺動
歯）、４４……ガイド円盤、５４……チエーン、
５８，６０……軸受環、６２……ねじ軸、６４…
…ねじ軸回転機構、６６……小傘歯車（第１の歯
車）、６８……大傘歯車（第２の歯車）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主軸に取り付けられたガイド円盤と、 このガイド円盤に軸受環を介して回転可能に取
   り付けられるとともに前記主軸に対して放射状に
   配設された複数のねじ軸と、 各ねじ軸の回転によつて半径方向の位置が変更
   されるとともに、チエーンが掛け回される摺動歯
   と、 前記ねじ軸に取り付けられた第１の歯車と、こ
   の第１の歯車に噛み合う第２の歯車とを備え、こ
   の第２の歯車を手動又は駆動源を以て回転させる
   ことによつて前記ねじ軸を回転させ、前記摺動歯
   の位置を変更させるねじ軸回転機構と、 を備えたことを特徴とする無段変速装置。 ２ 前記ねじ軸にスライドナツトを介して前記摺
   動歯を取り付けるとともに、前記摺動歯にその歯
   先が任意の角度だけ回動可能な首振り機構を設け
   たことを特徴とする請求項１記載の無段変速装
   置。