JPH06239285A - 自転車用変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型・軽量で耐久性が優れ、かつ変速操作が
容易確実な自転車用変速装置を提供すること。 【構成】 クランク軸13の一方にキャリヤ19を固定し、
該キャリヤ19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21を回転自在に軸
着する。この遊星歯車21の内側に、太陽歯車８とハンガ
内部を貫通する筒体とを一体的に形成した従動回転体７
を前記遊星歯車21の一つと噛合するように設けると共
に、該従動回転体７の他端にスプロケット９を固定す
る。前記遊星歯車21の外側に該遊星歯車と噛合する複数
個の内歯歯車23, 24をそれぞれ独立して回転自在に並設
する。その外周を覆うギヤケース26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23, 24とギヤケー
ス26の間にそれぞれ一方向クラッチC₂を介在させ、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されている。

【０００４】しかしながら、前記従来装置には下記のよ
うな問題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。

【０００５】また、本出願人が提案した特開昭62-99293
号公報のように、遊星機構を組み込んだ変速装置とスプ
ロケットを片側に集中して設ける構造のものは、変速段
数を増加していくと変速装置の幅が厚くなり、結果的に
クランク軸が長くなって、クランクの取付位置が外側に
飛び出すため、ペダルに踏力を加えた時、クランク軸が
撓み、ギヤがこじられて効率が低下するという問題点が
あることが分かった。

【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の一方にキャリ
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
自在に軸着し、前記遊星歯車の内側に、太陽歯車とハン
ガ内部を貫通する筒体と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ると共に、
該従動回転体の他端にスプロケットを固定し、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
ギヤケースを自転車フレームに固定して設けると共に、
前記内歯歯車とギヤケースの間にそれぞれ一方向クラッ
チを介在させて、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
ギヤケースの外周に開口部を設け、そこに位相の異なる
複数個のカムと該カムに連動する爪を回動自在に軸着し
た爪台を固定し、操作ワイヤを操作することにより前記
カムを回転させて該爪の一つを前記ラチエット歯に選択
的に係合するようにしてもよい。

【０００８】また前記した自転車用変速装置のクランク
軸部と従動回転体との間に一方向クラッチを設けてもよ
く、その一方向クラッチとして、前記従動回転体の内周
にラチェット歯を刻設すると共に、それと対向する前記
クランク軸の外周に爪胴を固定し、該爪胴の外周に爪を
回動自在に配設し、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付勢してもよい。

【０００９】また前記した自転車用変速装置のクランク
軸に固定したキャリヤと従動回転体の間に一方向クラッ
チを設けてもよく、その一方向クラッチとして、前記従
動回転体の外周にラチェット歯を刻設すると共に、それ
と対向するキャリヤの内周に爪を回動自在に配設し、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付
勢してもよい。

【００１０】

【作用】本発明装置は上述のように構成したから、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なうこ
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抑えることができる。

【００１１】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力の伝達が行なわ
れ、しかも伝動部材は両持ち構造であるから、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。また変速用の一方向ク
ラッチを装置外周部に設ける構造とした結果、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り、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。

【００１２】また遊星増速機構を採用しているので装置
自体の外形を小さく抑えることができ、コンパクト且つ
軽量で外観的にも優れ、自転車の乗り降りがスムーズに
なり安全である。またスプロケットと変速装置が別体に
なっているので、装置自体の外側への飛び出し量を抑制
すると共に変速装置本体がスプロケットに加わるチェー
ンテンションの影響を受けることもないので、ギヤの噛
み合いが悪くなり効率が低下するという問題を解決でき
る。

【００１３】また本発明の変速装置は、カムによって強
制的に変速する構成としたから、ペダルを踏み込んだ状
態でも変速が可能となった。さらに本発明装置におい
て、クランク軸部と従動回転体との間、またはクランク
軸に固定したキャリヤと従動回転体との間に一方向クラ
ッチを設ければ、変速比を１：１にすることが可能にな
る上に、たとえ変速爪が壊れても急に伝動系が空転して
事故を引き起こすおそれがなくなる。

【００１４】

【実施例】以下、図面について本発明の実施例を説明す
る。図１および図２は本発明の第１実施例を示すもので
ある。図中１は自転車フレームのメインパイプ、２（図
２参照）は立パイプ、３はチェーンステー、４（図１参
照）はハンガパイプ、５はハンガパイプ４内に挿入して
固着したスリーブ、６はスリーブ５の左右両側に固着し
たハンガワン、７は中空円筒体の一端（図１における左
端）に太陽歯車８を設けると共に、他端（図１における
右端）にスプロケット９を固着した従動回転体で、鋼球
10および玉押えリング11を介してハンガパイプ４を貫通
して回転自在に設ける。なお12はスプロケット９と玉押
えリング11間に介挿したカラーである。

【００１５】また前記従動回転体７を貫通してクランク
軸13を鋼球14および玉押えスリーブ15を介して回転自在
に設け、従動回転体７の太陽歯車８側の内周面にラチエ
ット歯7a（図２参照) を形成すると共に、このラチエッ
ト歯7aと対向する位置のクランク軸13に爪胴16に複数個
（本実施例では２個）の爪17の基部を枢支すると共に、
その爪の先端をばね（図示せず）によって前記ラチエッ
ト歯7aと係合するように付勢して一方向クラッチC₁を構
成する。

【００１６】またクランク軸13の図１における左側端部
にスリーブ18を螺着すると共に、このスリーブ18に円板
状のキャリヤ19を嵌合固着し、このキャリヤ19の円周等
分位置に複数個（本実施例では３個）の軸20を突設し、
それぞれ歯数の異なる複数個（本実施例では２個）の歯
車21a ，21ｂを一体的に形成した複数個（本実施例では
３個）の遊星歯車21を、前記軸20にそれぞれ回転自在に
嵌合し、軸20の突出端部にリング状の補強板22を嵌着す
る。

【００１７】また前記した３個の歯車21ａとそれぞれ噛
合する内歯歯車23と、前記した３個の歯車21ｂとそれぞ
れ噛合する内歯歯車24とを、ハンガパイプ４の一端にリ
ング25を介して固着したギヤケース26内にそれぞれ回転
自在に設け、これら各内歯歯車23，24の外周にそれぞれ
ラチェット歯23ａ，24ａを形成する。なお図２中の27
は、３個の遊星歯車21ａ間の空所に設けたキャリヤ19か
らの突出部材であり、又ボルト28は補強板22をキャリヤ
19に固着するものである。

【００１８】また前記ギヤケース26の外周に開口部26a
を設け、図５に示すように、位相の異なる複数個（本実
施例では２個）のカム29，30を軸31によって枢支すると
共に、これらのカム29，30と連動して前記ラチェット歯
23ａ，24ａと係脱する爪32，33を軸34に枢支した爪台35
を、前記ギヤケース26の開口部26a を覆うように設け、
これらの爪32，33とラチェット歯23ａ，24ａによって一
方向クラッチＣ₂ を構成する。図中36は爪32，33をラチ
ェット歯23ａ，24ａに係合させるように付勢するばね、
37は軸31に固着したレバー、38はこのレバー37にボルト
39を介して接続した操作ワイヤ、40は軸30に嵌装した戻
しばねであり、41は前記キャリヤ19の外周に設けたオイ
ルシールであり、また42はクランク軸13の両端に嵌着し
たクランクアームである。

【００１９】また図３および図４は、本発明の第２実施
例を示すもので、図中前記符号と同一の符号は同等のも
のを示す。この第２実施例は前記した第１実施例とほぼ
同じであるが、第１実施例においてクランク軸13と従動
回転体７との間に設けた一方向クラッチを、第２実施例
ではキャリヤ19と一体的に結合した補強板22と従動回転
体７との間に設けている。

【００２０】この第１実施例との相違点のみを説明すれ
ば次の通りである。すなわち第２実施例においては、従
動回転体７の太陽歯車８の隣りにラチエット歯7bを形成
し、他方キャリヤ19と軸20を介して一体に結合したリン
グ状の補強板22の厚さを増大し、この補強板22の内周部
に複数個（本実施例では２個）の爪43の基部43ａを枢支
すると共に、この爪43の先端部をばね（図示せず）によ
って、従動回転体７の外周に形成したラチェット歯7bに
押し付けるように付勢して一方向クラッチＣ₃を構成す
る。

【００２１】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38を図６(a) の矢印Ｅ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６(a) の状
態になる。すなわちこの場合、カム29，30の作用によっ
て爪32，33がいずれもラチェット歯23ａ，24ａから外れ
ているので、この部分の一方向クラッチＣ₂ は断の状態
になっている。

【００２２】この状態でクランクアーム42を図２，４の
矢印Ｆの方向に回転させると、第１実施例の場合はクラ
ンク軸13および一方向クラッチＣ₁ を介して従動回転体
７がスプロケット９と共に矢印Ｆの方向に１：１で回転
して、チェーン（図示せず）を介して自転車の後輪を駆
動する。これがローの状態である。

【００２３】この場合クランクアーム42と共に、キャリ
ヤ19，軸20を介して各遊星歯車21も矢印Ｆの方向に公転
するが、内歯歯車23，24がいずれもフリーの状態である
から、結局この遊星歯車機構は太陽歯車８と噛合した状
態で、クランク軸13と共に一体的に回転する。

【００２４】また第２実施例の場合は、クランクアーム
13の回転によって、キャリヤ19，軸20，補強板22が共に
回転し、この補強板22と従動回転体７との間に設けた一
方向クラッチＣ₃ を介して、スプロケット９に１：１の
回転が伝えられる。その他の作用は第１実施例の場合と
同様である。

【００２５】つぎに図６(a) の状態から操作ワイヤ38を
矢印Ｇの方向に一段ゆるめると、カム29とばね36の作用
によって爪32がラチェット23ａと係合する。従って内歯
歯車23とギヤケース26とが結合する。この状態でクラン
クアーム42を図２，４の矢印Ｆの方向に回転させると、
クランク軸13、キャリヤ19、軸20を介して遊星歯車21が
図２，４の矢印Ｈの方向に公転する。

【００２６】この場合、内歯歯車23のみが一方向クラッ
チＣ₂ によって矢印Ｆ方向の回転を阻止されているた
め、この内歯歯車23と噛合している遊星歯車21ａが矢印
Ｉの方向に自転する。また遊星歯車21ｂは遊星歯車21ａ
と一体的に形成されており、且つ遊星歯車21ｂは内歯歯
車24と噛み合ってはいるものの内歯歯車24は自由に回転
できるので遊星歯車21ａと同方向、同角速度で自転す
る。従って遊星歯車21ｂと噛合している太陽歯車８は矢
印Ｊ方向に増速されて回転する。この回転によって太陽
歯車８と一体的に形成されたスプロケット９が回転する
からチェーンを介して自転車が走行する。

【００２７】つぎに前記した図６(b) の状態から操作ワ
イヤ38を矢印Ｋの方向にさらに一段ゆるめると、カム2
9，30とばね36の作用によって爪33がラチェット24ａと
係合すると共に、爪32がラチェット23ａから外れる。従
って内歯歯車24とギヤケース26とが結合する。この状態
でクランクアーム42を図２，４の矢印Ｆの方向に回転さ
せると、クランク軸13，キャリヤ19，軸20を介して遊星
歯車21が図２，４の矢印Ｈの方向に公転するが、この場
合内歯歯車24が一方向クラッチＣ₂ によって矢印Ｆ方向
の回転を阻止されているため、この内歯歯車24と噛合し
ている遊星歯車21ｂが矢印Ｉの方向に自転して、この遊
星歯車21ｂと噛合している太陽歯車８およびそれと一体
のスプロケット９が矢印Ｊ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。

【００２８】逆に減速する場合は、図６の操作ワイヤ38
を図６(c) の矢印Ｌの方向に引っ張って、レバー37を図
６において(c) →(b) →(a) のように順に操作すれば良
い。

【００２９】

【発明の効果】本発明装置は上述のように構成したか
ら、変速操作レバーを操作して操作ワイヤ38を引いたり
戻したりするだけで一方向クラッチC₂を選択して変速操
作を行な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抑えることができ
る。

【００３０】また本発明装置は、いずれの変速段におい
てもクランク軸13と直交する直線状の伝達経路によって
力の伝達が行なわれ、しかも伝動部材は両持ち構造であ
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。また
変速用の一方向クラッチC₂を装置外周部に設ける構造と
した結果、軸心から一方向クラッチＣ₂ までの距離が遠
くなったので、一方向クラッチC₂にかかる踏力によるト
ルクが小さくなり、このため一方向クラッチC₂を構成し
ているラチェット23a, 24aや爪29, 30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。

【００３１】また本発明装置は、遊星増速機構を採用し
ているので装置自体の外形を小さく抑えることができ、
コンパクト且つ軽量で外観的にも優れており、自転車の
乗り降りがスムーズになり安全である。またスプロケッ
ト９と変速装置が別体になっているので、装置自体の外
側への飛び出し量を抑制すると共に、変速装置本体がス
プロケット９に加わるチェーンテンションの影響を受け
ることもないので、ギヤの噛み合いが悪くなり効率が低
下するという問題を解決できる。

【００３２】また、本発明の変速装置は、カム29, 30に
よって強制的に変速する構成としたから、ペダルを踏み
込んだ状態でも変速が可能となった。さらに本発明装置
において、クランク軸13と従動回転体７との間、または
クランク軸13に固定したキャリヤ19と従動回転体７との
間に一方向クラックC₁, C₃を設ければ、変速比を１：１
にすることが可能になる上に、たとえ変速爪32, 33が壊
れても急に伝動系が空転して事故を引き起こすおそれが
なくなる。上述のように本発明によれば、多くのすぐれ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の変速装置部を図２のＡ−
Ａ線による断面で示す横断平面図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ線による断面矢視図である。

【図３】本発明の第２実施例の変速装置部を図４のＣ−
Ｃ線による断面で示す横断平面図である。

【図４】図３のＤ−Ｄ線による断面矢視図である。

【図５】本発明装置において使用する２個のカムの斜視
図である。

【図６】(a)(b)(c) は、本発明に係る変速切換操作の説
明図である。

【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 スリーブ ６ ハンガワン ７ 従動回転体 ８ 太陽歯車 ９ スプロケット 10 鋼球 11 玉押えリング 12 カラー 13 クランク軸 14 鋼球 15 玉押えスリーブ 16 爪胴 17 爪 Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃ 一方向クラッチ 18 スリーブ 19 キャリヤ 20 軸 21，21ａ，21ｂ 遊星歯車 22 補強板 23，24 内歯歯車 23ａ，24ａ ラチェット歯（ラチエット） 25 リング 26 ギヤケース 27 突出部材 28 ボルト 29, 30 カム 31 軸 32, 33 爪 34 軸 35 爪台 36 ばね 37 レバー 38 操作ワイヤ 39 ボルト 40 戻しばね 41 オイルシール 42 クランクアーム

Claims (6)

【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の一方にキャリヤを固定
   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
   着し、前記遊星歯車の内側に、太陽歯車とハンガ内部を
   貫通する筒体と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ると共に、該従動回
   転体の他端にスプロケットを固定し、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、その外周を覆うギヤケース
   を自転車フレームに固定して設けると共に、前記内歯歯
   車とギヤケース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、
   前記ギヤケースの外周に開口部を設け、そこに位相の異
   なる複数個のカムと該カムによって連動する爪を回動自
   在に軸着した爪台を固定し、操作ワイヤを操作すること
   により前記カムを回転させて該爪の一つを前記ラチエッ
   ト歯に選択的に係合するようにしたことを特徴とする自
   転車用変速装置。
3. 【請求項３】 クランク軸部と従動回転体との間に一方
   向クラッチを設けたことを特徴とする請求項１記載の自
   転車用変速装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の一方向クラッチとして、
   前記従動回転体の内周にラチェット歯を刻設すると共
   に、それと対向する前記クランク軸の外周に爪胴を固定
   し、該爪胴の外周に爪を回動自在に配設し、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付勢したこ
   とを特徴とする自転車用変速装置。
5. 【請求項５】 クランク軸に固定したキャリヤと従動回
   転体の間に一方向クラッチを設けたことを特徴とする請
   求項１記載の自転車用変速装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の一方向クラッチとして、
   前記従動回転体の外周にラチェット歯を刻設すると共
   に、それと対向するキャリヤの内周に爪を回動自在に配
   設し、該爪をばねによって前記ラチェットに係合させる
   ように付勢したことを特徴とする自転車用変速装置。