JPH0639278B2 - 自転車用無段変速装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は自転車に装着され偏心量に応じて無段階に変速
させるようにした自転車用無段変速装置に関する。

［従来の技術］ 従来この種の装置として、入力側の回転部材の内周に一
方向クラッチを介して複数列の内歯ラチェットリングを
並設し、この内歯ラチェットリングのラチェットに噛合
する複数列の爪の基部を、中心軸に対して偏心量調整自
在な偏心カムに回転自在に設けたキャリヤに互い違いに
配置して枢支し、このキャリヤと一体に形成したリング
部の内周に一方向クラッチを介して複数列の内歯ラチェ
ットリングを並設し、この内歯ラチェットリングのラチ
ェットに噛合する複数列の爪の基部を出力側の回転部材
に枢支して構成され、操作ワイヤの操作によって偏心カ
ムを回転することによって偏心カムの外周面の後輪ハブ
軸に対する偏心量を任意の量に無段階に設定することが
できるようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来技術においては、操作ワイヤの操作によって偏
心カムの外周面を後輪ハブ軸に対し偏心させた場合、駆
動域内にある爪によって出力側回転部材が増速回転させ
られ、他の爪はラチェットリングのラチェットに対して
すべって回転するように構成しているために、全ての爪
はラチェットリングのラチェットに常時接触し、かつ、
増速域外の爪はすべって回転することになり、爪とラチ
ェットとの摩擦が生じ易いと共に、好ましくない衝撃音
を発生し易いという問題点を有していた。

そこで本発明は摩擦が少ないと共に衝撃音の発生を可及
的に予防できる自転車用無段変速装置を提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は入力側回転部材と、出力側回転部材と、前記
入，出力側回転部材の一方に複数列配設され、各基部側
が回動可能に設けられたラチェット爪とを備え、前記
入，出力側回転部材を相対的に偏心移動させて変速する
ようにした自転車用無段変速装置において、前記各ラチ
ェット爪の基端に、偏心時において前記入，出力側回転
部材の一方の内周壁面に係止してラチェット爪を所定傾
斜角度に規制する規制部を設けて構成される。

［作 用］ 本発明は偏心時において、駆動域内のラチェット爪の他
のラチェット爪が規制部と入，出力側回転部材の一方の
内周壁面との係合によって、入，出力側回転部材の一方
から離脱した状態で規制される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図乃至第９図は第１実施例を示し、第１図乃至第５
図において、１は自転車フレームのメインパイプ、２は
立パイプ、３はチェーンステー、４は自転車フレームと
一体形成されたハンガラッグ、５はクランク軸、６はそ
のクランク軸５にロックナイト７を介し固定されたクラ
ンクアーム、８は後輪、９は後輪ハブ軸、10は後輪用ス
プロケット、11はチェーンであ。

12は入力側回転部材である中空円筒状ケースであり、こ
の中空円筒状ケース12はその中心部が前記ロックナット
７によりクランク軸５に固定され、この中空円筒状ケー
ス12にクランクアーム６が一体に形成されている。この
場合、クランクアーム６と中空円筒状ケース12を別体に
形成し、中空円筒状ケース12をクランクアーム６を介し
てクランク軸５に固定させてもよい。13，13Ａは複数の
歯部14を有するラチェット爪であり、前記中空円筒状ケ
ース12と、このケース12の蓋体12Ａとからなる円筒部15
内の内側に６個のラチェット爪13が一組として周方向に
等間隔に並列配置され、前記円筒部15内の外側に６個の
ラチェット爪13Ａが他の一組として周方向に等間隔に並
列配置され、各ラチェット爪13，13Ａが基端の枢軸16に
より回動可能に設けられ、枢軸16に巻装されたバネ17に
より中空円筒状ケース12の中心方向に向って付勢されて
いる。また、二組のラチェット爪13，13Ａは相互に互い
違いに配列されている。また各ラチェット爪13，13Ａの
基端には前記円筒部15の内周壁面18に係止して各ラチェ
ット爪13，13Ａを一定角度で規制保持する規制部１９が
延設されている。これによって、偏心時には、ほぼ駆動
域内のラチェット爪13，13Ａのみが後述する出力側回転
部材と噛合して前記円筒部15の内周壁面18と規制部19と
の係合が離脱し、一方駆動域外のラチェット爪13，13Ａ
は出力側回転部材と離脱した状態で前記内周壁面18と規
制部19との係合により一定角度で保持される。

20は前記ハンガラック４内にクランク軸５を回転可能に
支持するベアリング21の止リングであり、この止リング
20にはハンガ止ナット22が螺着されている。23は前記ハ
ンガラッグ４の端部とハンガ止ナット22間に挾着固定さ
れた円板状の固定カムであり、この固定カム23の周縁に
形成された環状フランジ部24に沿って偏心移動体である
偏心カム25が回動できるように配設されている。またこ
の偏心カム25の一側端にカム押え26Ａを介して設けられ
たワイヤリール26が前記環状フランジ部24に回動可能に
嵌装されている。また、前記偏心カム25は前記クランク
軸５の中心Ａより後側の斜め下部位置を中心Ｂとして前
記固定カム23に案内されながら回動するようになってお
り、前記Ｂ点をを中心とする円弧面27を有する中心孔28
が偏心カム25に形成され、この中心孔28にクランク軸５
が挿通されている。29は前記偏心カム25の外周に形成さ
れた円状のカム面25Ａにベアリング30を介して回転可能
に設けられた出力側回転部材となるラチェットギヤであ
り、このラチェットギヤ29のカム押え26Ａ側端部にはス
プロケット31が螺着固定されている。そして、前記ラチ
ェットギヤ29は前記スプロケット31を介して回転可能に
設けられた環体29Ａと、この環体29Ａの外周面にベアリ
ング30Ａ，30Ｂおよび一方向クラッチ32Ａ，32Ｂを介し
て設けられたラチェットギヤ本体29Ｂ，29Ｃとにより構
成されている。この場合、一方のラチェット爪13に対応
してベアリング30Ａおよび一方向クラッチ32Ａを介して
一方のラチェットギヤ本体29Ｂが設けられ、他の一組の
ラチェット爪13Ａに対応してベアリング30Ｂおよび一方
向クラッチ32Ｂを介して他方のラチェットギヤ本体29Ｃ
が設けられている。また一方向クラッチ32Ａ，32Ｂは環
体29Ａの外周面に形成されたテーパ溝32Ｃと、このテー
パ溝32Ｃに設けられたボール32Ｄと、押しバネ32Ｅとか
ら構成されている。

33は前記ベアリング30の止めリング、34はラチェットギ
ヤ29の歯部36とスプロケット31間に介在するカラーであ
る。また、前記カム押え26Ａには偏心量調節機構37が連
結されている。この実施例では、偏心量調節機構37はメ
インパイプ１の上側に固定された円板状受体38に手動操
作用レバー39を有するワイヤリール40が回動可能に支持
され、このワイヤリール40の上下に一対のワイヤ41，42
の一端がピン43，44を介し固定され、ワイヤ41，42の他
端が前記ワイヤリール26の後側上下にピン43Ａ，44Ａを
介し固定されている。このピン43，44，43Ａ，44Ａはワ
イヤ41，42が固定された状態でワイヤリール26，40の孔
45に嵌合固定されている。

次に、上述のように構成された本実施例装置の作用を説
明する。先ず、クランクペダル46を介してクランクアー
ム６、クランク軸５および中空円筒状ケース12が一体的
に回転すると、その中空円筒状ケース12に装着されたラ
チェット爪13，13Ａおよびラチェットギヤ本体29Ｂ，29
Ｃを介しラチェットギヤ29を回転し、ラチェットギヤ29
と一体的にスプロケット31が回転し、このスプロケット
31の回転がチェーン11により後輪用スプロケット10を介
して後輪８に伝えられる。

第６図（Ａ）（Ｂ）は中空円筒状ケース12の中心にラチ
ェットギヤ29が位置した偏心量ｏの場合を示しており、
この時全てのラチェット爪13，13Ａはラチェットギヤ29
に噛合した状態で、一定傾斜角で保持される。これによ
ってクランク軸５とスプロケット31の変速比は１：１で
ある。この状態からレバー39を手動操作により前方に移
動すると、ワイヤリール40が円板状受体38を介して時計
方向に回動し、これに伴い一対のワイヤ41，42とピン4
3，44，43Ａ，44Ａを介して連結されたワイヤリール26
が固定カム23の環状フランジ部24に沿って時計方向に回
動する。これによって、ワイヤリール26と一体的に偏心
カム25がＢ点を中心として回動し、結果的に偏心カム25
と同心状に設けられたラチェットギヤ29が中空円筒状ケ
ース12の中心すなわちクランク軸５に対して偏心移動す
る。この場合、偏心カム25は中心孔28の円孤面27とクラ
ンク軸５とが摺接した状態で案内され、偏心カム25の回
動によって仮想的に得られるクランク軸５の中心Ａの移
動軌跡はＡ点からＡ′点までの円弧Ｃとなる。

第10図（Ａ）（Ｂ）はラチェットギヤ29に対する中空円
筒状ケース12の偏心量が最大偏心状態にある場合を示し
ており、この時偏心カム25はＢ点を中心として中心孔28
の左端がクランク軸５と接触する位置まで時計方向に回
動し、偏心カム25と一体的に移動するラチェットギヤ29
は駆動域Ｄ内のラチェット爪13ＤＲ，13ＡＤＲを押動す
る。これにより、ラチェット爪13ＤＲ，13ＡＤＲはバネ
17の付勢力によってラチェットギヤ29と噛合し、他のラ
チェット爪13は規制部19と内周壁面18との係合によって
ラチェットギヤ29と離間した状態で一定傾斜角で保持さ
れる。

そして、駆動域Ｄ内にあるラチェット爪13ＤＲ又はラチ
ェット爪13ＡＤＲによる増速率が最大であるからラチェ
ットギヤ29はラチェット爪13ＤＲ又はラチェット爪13Ａ
ＤＲによって増速回転され、他のラチェット爪13，13Ａ
はラチェットギヤ29から離脱する。また、ラチェット爪
13ＤＲ，13ＡＤＲが駆動域Ｄから外れるとともに隣在す
るラチェット爪13，13Ａが駆動域Ｄ内に入ってラチェッ
トギヤ29を増速駆動するというように順次増速駆動する
ラチェット爪13ＤＲ，13ＡＤＲが交代する。この場合、
軸方向には一組のラチェット爪13と他の一組のラチェッ
ト爪13Ａが相互に互い違いにして配列しているため、一
組のラチェット爪のみのものに比し２倍のラチェット爪
を有し、かつ駆動域Ｄにおいて駆動ラチェット爪はラチ
ェット爪13ＤＲとラチェット爪13ＡＤＲが交互に入れ替
わるようにして増速される。このため駆動域Ｄ内にある
複数のラチェット爪13ＤＲ，13ＡＤＲ間の速度差は小さ
くなり脈動が抑制される。また、ラチェット爪13ＤＲが
駆動ラチェット爪になった場合においては、ラチェット
爪13ＤＲからラチェットギヤ本体29Ｂに回転力が伝達
し、さらにラチェットギヤ本体29Ｂから一方向クラッチ
32Ａを介し環体29Ａが回転し、この環体29Ａと一体的に
スプロケット31が回転する。一方、環体29Ａの回転はラ
チェットギヤ本体29Ｃより速いため一方向クラッチ32Ｂ
は切断状態になり、ラチェット爪13ＡＤＲとラチェット
ギヤ本体29Ｃは噛合状態でベアリング30Ｂを介し空転す
る。逆に、ラチェット爪13ＡＤＲが駆動ラチェット爪に
なった場合においては、ラチェット爪13ＤＲからラチェ
ットギヤ本体29Ｃに回転力が伝達し、さらにラチェット
ギヤ本体29Ｃから一方向クラッチ32Ｂを介し環体29Ａが
回転し、この環体29Ａと一体的にスプロケット31が回転
する。一方、環体29Ａの回転はラチェットギヤ本体29Ｂ
より速いため一方向クラッチ32Ａは切断状態になり、ラ
チェット爪13ＤＲとラチェットギヤ本体29Ｂは噛合状態
でベアリング30Ａを介し空転する。このようにして、ラ
チェット爪13ＤＲ，13ＡＤＲの一方が駆動のとき他方は
空転状態になるため噛み合いの移り変りは生せず変速動
作が確実でかつ脈動が予防される。また本実施例におい
ては、各ラチェット爪13，13Ａの基端に規制部19が設け
られており、第７図（Ａ）で示偏心時においてその規制
部19が円筒部15の内周壁面18に係止して各ラチェット爪
13，13Ａを一定角度で規制保持している。このため、偏
心時には、ほぼ駆動域Ｄ内のラチェット爪13ＤＲ，13Ａ
ＤＲのみが出力側回転部材であるラチェットギヤ29と噛
合し、一方駆動域Ｄ外のラチェット爪13，13Ａはラチェ
ットギヤ29と離脱した状態で一定角度に規制される。而
して、従来装置のように全ての爪がラチェットに常時接
触し、かつ増速域外の爪はすべって回転するものにおい
て発生する爪とラチェットとの摩擦および衝撃音を良好
に予防することができる。

第10図および第11図は本発明の第２実施例を示し、上記
実施例と同一部分を省略して説明すると、51は自転車の
フレームのチェーンステーであり、後輪ハブ軸52が受板
51Ａを介してロックナット53により固定され、その後輪
ハブ軸52には図示しないベアリングを介して後輪ハブ54
が回転可能に嵌装され、後輪ハブ54にはスポーク55が連
結されている。56は一方のチェーンステー51の内側に一
端が枢着部57により回動可能に連結されたアームであ
り、このアーム56の内面には複数の円板58がビス59によ
り固定されている。60は円板58の外周にベアリング61を
介して回転可能に設けられた入力側回転部材である中空
円筒状ケースであり、この中空円筒状ケース60の外周に
はスロケット62が同心状に一体的に螺着されている。前
記アーム56と円板58にはその円板58の中心から下端近傍
まで延びる長孔63がそれぞれ設けられ、この長孔63に後
輪ハブ軸52が挿通していると共に、アーム56とチェーン
ステー51とが引張スプリング64により連結され、アーム
56が上方に付勢されてハブ軸52側が前記長孔63の上端に
係止した状態で保持されている。この場合長孔63の下端
と後輪ハブ軸52側との係合により最大偏心位置に保持
し、長孔63の上端と後輪ハブ軸52側との係合により偏心
量ｏの位置に保持している。65は複数の歯部66を有する
ラチェット爪であり、６個のラチェット爪65が一組とし
て周方向に前記中空円筒状ケース60の円筒部60Ａ内の内
側に並列配置され、前記円筒部60Ａの外側に６個のラチ
ェット爪65Ａが他の一組として周方向に等間隔に並列配
置され、各ラチェット爪65，65Ａが基端の枢軸67及び枢
軸67に外装したカラー67Ａにより回動可能に設けられ、
枢軸67に巻装されたバネ68により中空円筒状ケース60の
中心方向に向って付勢されている。また二組のラチェッ
ト爪65，65Ａは相互に互い違いに配列されている。また
各ラチェット爪65，65Ａの基端には前記円筒部60Ａの内
周壁面69に係止して各ラチェット爪65，65Ａを一定角度
で規制保持する規制部70が延設されている。

前記チェーンステー51の外周には前記受板51Ａがビス71
により固定され、前記受板51Ａの内面側にはハブ軸52を
外装する外筒72が一体形成され、前記外筒72内には内筒
73が設けられている。

74は中空円筒状ケース60内に位置して前記後端ハブ54に
形成された一体の雄螺子75の一方に螺着された出力側回
転部材であるラチェットギヤであり、このラチェットギ
ヤ74は前記雄螺子75に螺着された環体74Ａと、この環体
74Ａの外周面に前記一組のラチェット爪65に対応してベ
アリング76Ａおよび一方向クラッチ77Ａを介して設けら
れたラチェットギヤ本体74Ｂと、前記環体74Ａの外周面
に前記他方の一組のラチェット爪65Ａに対応してベアリ
ング76Ｂおよび一方向クラッチ77Ｂを介して設けられた
ラチェットギヤ本体74Ｃとから構成されている。

次に上述のように構成された本実施例装置の作用を説明
する。先ず第11図で示すように、クランクペダル81を介
してクランクギヤ82が回転し、このクランクギヤ82の回
転がチェーン83によりスプロケット62に伝えられる。ス
プロケット62はベアリング61を介し中空円筒状ケース60
と一体的に回転し、中空円筒状ケース60に装着されたラ
チェット爪65，65Ａを介しラチェットギヤ74を回転し、
ラチェットギヤ74から後輪ハブ54に回転が伝えられる。
そして、スタート時、昇り坂時あるいは悪路走行時など
には自然にペダルに大きな力が加わりチェーン83の張力
が強くなってラチェットギヤ74を推進させるラチェット
爪65ＤＲ，65ＡＤＲに大きな負荷が加わり、この負荷の
大きさによってラチェット爪65ＤＲ，65ＡＤＲが枢軸67
を支点としてラチェットギヤ74側に向かってくい込み、
これによってラチェット爪65ＤＲ，65ＡＤＲが立ち上が
る作用をなし、この作用によってアーム56は枢着部57を
支点としてスプリング64の力に抗して下方に移動し、こ
の実施例ではハブ軸52側の内筒73が長孔63の上端に係合
することによってラチェットギヤ74と中空円筒状ケース
60とが同心である偏心量がｏの状態に自動的に保持さ
れ、スプロケット62と車輪84の回転比が１：１となる。
次にペダルに加わる力が軽減されるとチェーン83の張力
が次第に弱くなってアーム56はスプリング64の復元力に
より枢着部57を支点として上方へ移動するため、ラチェ
ットギヤ74に対して中空円筒状ケース60が次第に偏心状
態となって変速（増速）され、ハブ軸52側の内筒73が長
孔63の下端に係合することによって中空円筒状ケース60
の最大偏心状態となり、最大変速比（増速比）で自動的
に変速される。

そして本実施例においても、軸方向には一組のラチェッ
ト爪65と他の一組のラチェット爪65Ａが相互に互い違い
にして配列しているため、一組のラチェット爪のみのも
のに比し２倍のラチェット爪を有し、かつ駆動域Ｄにお
いて駆動ラチェット爪はラチェット爪65とラチェット爪
65Ａが交互に入れ替るようにして増速され、一方の組が
増速時には他方の組は空転する。このため上記実施例と
同様に駆動域内にある複数のラチェット爪65ＤＲ，65Ａ
ＤＲ間の速度差は小さくなり脈動が予防される。また本
実施例においては、各ラチェット爪65，65Ａの基端に規
制部70が設けられており、偏心時においてその規制部70
が円筒部60Ａの内周壁面69に係止して各ラチェット爪6
5，65Ａを一定角度で規制保持している。このため、偏
心時には、ほぼ駆動域Ｄ内のラチェット爪65ＤＲ，65Ａ
ＤＲのみが出力側回転部材であるラチェットギヤ74と噛
合し、一方駆動域Ｄ外のラチェット爪65，65Ａはラチェ
ットギヤ74と離脱した状態で一定角度に規制される。而
して、上記実施例と同様に従来装置のように全ての爪が
ラチェットに常時接触し、かつ増速域外の爪はすべって
回転するものにおいて発生する爪とラチェットとの摩擦
および衝撃音を良好に予防することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく本
発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能であ
り、要は変速装置がラチェット爪を備えるタイプであれ
ばよく、手動偏心，自動偏心あるいはクランク軸側の装
着、後輪側の装着あるいはラチェット爪は軸方向に複数
組でなく一組装着したタイプ等に適用可能であることは
勿論である。

［発明の効果］ 本発明は入力側回転部材と、出力側回転部材と、前記
入，出力側回転部材の一方に複数列配設され、各基部側
が回動可能に設けられたラチェット爪とを備え、前記
入，出力側回転部材を相対的に偏心移動させて変速する
ようにした自転車用無段変速装置において、前記各ラチ
ェット爪の基端に、偏心時において前記入，出力側回転
部材の一方の内周壁面に係止してラチェット爪を所定傾
斜角度に規制する規制部を設けて成り、摩擦が少ないと
共に衝撃音の発生を可及的に予防できる自転車用無段変
速装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第９図は本発明の第１実施例を示し、第１図
は全体縦断面図、第２図は斜視図、第３図は分解斜視
図、第４図および第５図はラチェット爪の案内状態を示
す一部切欠斜視図、第６図（Ａ）（Ｂ）および第７図
（Ａ）（Ｂ）は偏心量の変化を示す断面図、第８図は偏
心量調節機構を示す斜視図、第９図は使用状態図、第10
図および第11図は本発明の第２実施例を示し、第10図は
縦断面図、第11図は使用状態図である。 12，60……入力側回転部材 13，13Ａ，65，65Ａ……ラチェット爪 19，70……規制部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力側回転部材と、出力側回転部材と、前
   記入，出力側回転部材の一方に複数列配設され、各基部
   側が回動可能に設けられたラチェット爪とを備え、前記
   入，出力側回転部材を相対的に偏心移動させて変速する
   ようにした自転車用無段変速装置において、前記各ラチ
   ェット爪の基端に、偏心時において前記入，出力側回転
   部材の一方の内周壁面に係止してラチェット爪を所定傾
   斜角度に規制する規制部を設けたことを特徴とする自転
   車用無段変速装置。