JPH0712836B2 - 自動無段変速装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、チェン，ベルト等の無端伝動体により伝動
される自転車のクランクシャフトと後輪軸との間、その
他に用いる自動無段変速装置に係り、特に、前記無端伝
動体により連結される駆動輪と従動輪の何れかを外側回
転体と内側回転体とで構成し、その一方を入力側とし他
方を出力側とする内外両回転体の偏心量を入力の大きさ
によって可変することにより、内外両回転体間の変速比
を可変とする。

〔従来の技術〕

従来から提供されている自転車の自動変速装置には、例
えばチェン，ベルト等の無端伝動体で伝動される後輪の
遠心力に応じて変速比を変更できるようにしたものがあ
る。この変速装置によれば、遠心力が大であるとき、即
ち高速走行のときには変速比を大にしてゆっくりペダル
を踏むようにし、逆に、遠心力が小であるとき、即ち低
速走行のときには変速比を小にして高回転でペダルを踏
むようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の自動変速装置による
と、変速比は自転車の速度に比例して変化するものであ
ったために、大きな駆動力が求められるときも、また小
さな駆動力で足りるときも、速度が同一であれば変速比
も同一になってしまい、その結果、走行速度に関わりな
く希望する変速比に設定することができないという問題
点があった。

この発明は、このような従来技術の問題点に着目してな
されたものであって、希望する変速比を駆動輪からの入
力の大きさにより検出して、この入力に対応して変速比
を自動的に変化させるとともに、装置自体を小型化させ
た自動無段変速装置を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の自動無段変速装置は、駆動輪との間に掛け渡
されたチェン，ベルト等の無端伝動体により回転駆動さ
れる従動輪を、前記無端伝動体が掛けられる側の外側回
転体と、その内側で前記外側回転体により回転される内
側回転体とにより構成している。

前記従動輪の軸をなす固定軸には、前記内側回転体と固
定駒とを支持させ、内側回転体は固定軸に回転自在とし
且つ固定駒は固定軸に固定してなる。

前記固定駒には、前記駆動輪の回転軸中心と前記固定軸
中心とを結ぶ線に対して交差する上下方向に延びるガイ
ド面と、このガイド面の上端に連続し且つ傾斜した上向
きの斜面とを形成してある。

前記固定駒には移動駒を昇降による偏心可能に外嵌し、
当該移動駒には、前記固定駒の前記ガイド面に滑り接触
する対向面と、前記固定駒の斜面に平行な下向きの斜面
とを形成し、且つ外周に前記外側回転体を回転自在に支
持させて当該外側回転体を一体に偏心可能にしている。

前記固定駒及び移動駒の各斜面間には、外側回転体を経
由する移動駒への入力の大きさに応じて、前記入力の大
きいときに大きく変形して内側回転体に対して外側回転
体の偏心量を小さくし、前記入力の小さいときに前記変
形を復元して内側回転体に対する外側回転体の偏心量を
大きくする弾性体を介在させている。

前記内外両回転体の一方には、回転移動しながら他方の
回転体に係合して両回転体の一方から他方へ回転力を伝
達する係合部材を枢動可能に枢着して、当該係合部材
を、前記他方の回転体に係合して両回転体を連動させる
係合姿勢と、前記係合から離脱して前記連動を解除する
解除姿勢との間で姿勢可変としている。

前記係合部材の回転移動軌跡上の係合位置で前記係合部
材を前記係合姿勢に変化させ且つ離脱位置で係合部材を
前記解除姿勢に変化させる係合ガイドが、前記内側回転
体の軸周りに配置されている。

〔作用〕

内外両回転体間では、一方の回転体に枢着された係合部
材が他方の回転体に係合することによって、回転力が一
方の入力側から他方の出力側に伝達されて両回転体が回
転する。このとき、両回転体間の係合部材移動軌跡上で
は、係合ガイドにより決定される係合位置において係合
部材が他方の回転体に係合し、且つ離脱位置において係
合部材が他方の回転体から離脱して、係合位置における
前記係合によって前記回転力の伝達が行われる。

このとき、両回転体の係合位置における偏心量に応じて
両回転体間の変速比が決定される。これを、作用の原理
を示す第１図（ａ）（ｂ）に基づいて次に説明する。こ
こでは、外側回転体10の中心10aと内側回転体11の中心1
1aとを第１図（ａ）に示す通りの距離だけ偏心させてお
き、外側回転体10を駆動側とし内側回転体11を従動側と
する。同図において外側回転体10の円周を６等分した位
置に１〜６の符号が付され、これらの各位置からそれぞ
れ等距離にある内側回転体11の位置にａ〜ｆの符号が付
される。即ち、線分１−ａ、２−ｂ・・・６−ｆの長さ
は夫々等しい。また内側回転体11の位置（ｇ）と位置ａ
との間の弧は、内側回転体11を６等分した長さをもつ。

ここで、線分１−ａの長さを維持したまま（線分１−ａ
を、これと同一の長さの剛体として理解すればよ
い。）、外側回転体10を矢印方向に回転させて位置１を
位置２まで移動させると、内側回転体11の位置ａは位置
（ｇ）を越して位置ｂまで移動することになる。このと
き、線分１−ａは線分２−ｂと同一長さであることは勿
論である。すると外側回転体10は360度のうちの６分の
１の角度だけ回転したことになるに対して、内側回転体
11は６分の１の角度より大きい角度で回転したことにな
る。かくして、外側回転体10の位置1,2間では内側回転
体11の回転は増速されることになる。

同様にして第１図を見ると、外側回転体10の位置６から
位置３までの間においては内側回転体11が増速され、逆
に外側回転体10の位置３から位置６までの間においては
内側回転体11が減速されることが理解できる。

また、第１図（ｂ）は両回転体10,11を同心に配置した
ものであり、この場合には両回転体10,11は増速も減速
もなく、変速比は１対１である。

これらのことから、外側回転体10と内側回転体11との間
の或る位置においては、両回転体10,11の偏心量が変化
することによって両回転体10,11間の変速比が変化する
ことが理解できる。この発明はこの原理を利用したもの
であり、且つ外側回転体10への入力の大きさに応じて弾
性体を変形させながら、外側回転体10とともに移動駒が
固定駒に対してガイド面どうしの間で滑りつつ下降し
て、両回転体10,11の偏心量を自動的に変化させるもの
である。

前記入力の大きさは、駆動輪と従動輪とに掛け渡される
チェン，ベルト等の無端伝動体の張力により検出し、固
定駒に対する移動駒のガイド面を上下方向に延ばすこと
により偏心方向を張力が作用する方向と交差させている
から、前記張力としての外側回転体10への入力の一部
が、前記弾性体を変形させる方向に移動駒を移動させる
力として作用して、前記偏心量を小さくする方向に働
く。逆に、前記張力が小さくなれば、移動駒を前記移動
させる力も小さくなるため、弾性体の弾性復元力によっ
て移動駒は上昇する方向に移動し、よって前記偏心量を
大きくする。

かくして、無端伝動体の張力と弾性体の弾性復元力との
バランスにより、固定駒に対して移動駒を介して外側回
転体の偏心量が変化し、しかも弾性体の弾性復元力は一
定であるから、無端伝動体の張力に対応して外側回転体
の偏心量が変化し、その結果前記張力に対応した変速比
を自動的に得ることができる。

〔実施例〕

第２図以下はこの発明を自転車の動力伝達機構に適用し
た実施例である。

第２図において、Ａは駆動輪,Bは従動輪であり、駆動輪
Ａは自転車のクランク軸に固定された大径の歯車であ
り、また従動輪Ｂは自転車の後輪軸に装着されて後述の
構造を備えた小径の歯車である。両輪A,Bの間にはチェ
ン，ベルト等の無端伝動体Ｃが掛け渡されて、駆動輪Ａ
の駆動力を従動輪Ｂに伝導するようにしてある。無端伝
動体Ｃについては、この実施例では歯つきベルトを使用
するが、チェンその他の無端状の伝動体であってもよ
い。

この実施例では、この発明の自動無段変速装置を従動輪
Ｂに適用している。即ち第３〜５図がその具体例であ
る。ここでは、後輪軸である固定軸13に回転軸14が回転
自在に外嵌されており、回転軸14の或る位置の外周に
は、外周に歯15を備えたリング16が螺合されていて、回
転軸14とリング16とが一体回転をなすように構成され、
これらによってこの発明の内側回転体11をなす。この内
側回転体11は、この発明の原理を示した第１図における
内側回転体11に相当する。

固定軸13には固定駒17を固定し、この固定駒17の外側
に、外周が円形をなす移動駒18を配置する。固定駒17
は、第５図において平行な左右のガイド面19と、このガ
イド面19の上端から相互に接近する方向に傾斜した斜面
20とを有し、前記ガイド面19に、移動駒18に形成された
多角孔21の左右の対向面22が摺接する。対向面22の上端
からは、固定駒17の斜面20と平行な斜面23が形成され、
また固定駒17よりも多角孔21の上下寸法が大になってい
て、固定駒17の外側において移動駒18が上下に移動可能
になっている。そしてこの移動はガイド面19に対する対
向面22の摺動となって表れ、移動駒18は固定駒17のガイ
ド面19によって案内されて偏心移動されるものである。
よって固定駒17のガイド面19がこの発明の偏心ガイドを
なす。この偏心方向，即ち移動駒18の移動方向は、駆動
輪Ａと従動輪Ｂとの中心を結ぶ線Ｄと垂直な線Ｅに対し
て、上側において後側に僅かに寄っており、自転車全体
から見て後上，前下の方向に偏心するようにしてある。
線Ｆが偏心方向を示す線である。従って移動駒18の偏心
量が大になったときには、移動駒18の中心は固定軸13の
中心より後ろ上方に移動するようになっている。

また、斜面20,23間にはゴム状弾性体24が介在されてい
て、このゴム状弾性体24が無負荷状態にあるときに移動
駒18の偏心量が最大になるようにしてある。第５図にお
いて鎖線で示す斜面23の位置が移動駒18の最大移動時を
示す。そして無端伝動体Ｃに大きな張力Ｔが負荷された
ときに移動駒18がゴム状弾性体24を弾性変形させながら
下降移動して前記偏心量を小さくし、第５図に実線で示
す下死点において偏心量は０になるようにしてある。而
して前記固定駒17と前記移動駒18とゴム状弾性体24とに
よってこの発明の偏心量可変機構25が構成される。

移動駒18の外周には、回転リング27及び外側歯車28が玉
軸受29を介して回転自在に装着され、また回転リング27
と外側歯車28とは相互に螺合されて一体回転するように
なっていて、両者27,28によってこの発明の外側回転体1
0を構成する。而して外側回転体10は移動駒18と一体に
偏心移動するようになっている。ここで、外側歯車28外
周の歯は、使用される無端伝動体Ｃに対応した形状，寸
法，ピッチ等の諸条件を備えるものとする。

外側歯車28の内側には、ピン30により係合部材31を枢着
する。この係合部材31は、先端から中途部までにわたっ
て複数の歯32が突設され、且つバネ33により前記歯32が
前記リング16の歯15に係合するように、即ち係合姿勢に
なるように付勢されていて、係合部材31と内側回転体11
とで爪車装置のように構成される。

この実施例では係合部材31は等間隔に８個が配置され
て、いずれも歯32がリング16の歯15に係合するように付
勢されるが、離脱位置においてはその係合から離脱され
るようになっている。即ち、前記固定駒17に係合ガイド
34が固定され、この係合ガイド34は外周円が固定軸13,
内側回転体11に対して偏心していて、前記離脱位置にお
いて係合ガイド34の外周が係合部材31に接して係合ガイ
ド34を、内側回転体11との係合から解除する解除姿勢に
変化させる。即ち解除姿勢とは係合部材31が内側回転体
11との係合から解除される姿勢をいい、逆にこれらが係
合する姿勢を係合姿勢といい、係合部材31が係合姿勢を
とる位置を係合位置という。

この実施例では、内側回転体11の下側に係合位置36があ
って、回転方向においてこの係合位置36以外の位置が離
脱位置である。そこで、外側回転体10の回転によって係
合部材31は係合位置36においてのみ係合して内側回転体
11を回転させるようにしてある。

そこで、自転車のペダルを踏んで駆動輪Ａを回転させ、
無端伝動体Ｃを介してその張力Ｔにより従動輪Ｂの外側
回転体10を矢印Ｒ方向に回転させると、係合位置36にお
いて係合部材31がリング16外周に係合して内側回転体11
を回転させ、これにより回転軸14と一体に回転する自転
車の後輪を駆動する。

ここで、前記ペダルを踏む力を大にしたとき、即ち後輪
の駆動力を大にしたいときには、無端伝動体Ｃに負荷さ
れる張力Ｔが大になり、これが外側回転体10に入力され
ると、張力Ｔの方向と外側回転体10の偏心移動方向との
関連により外側回転体10には下降する方向の力が作用し
て、外側回転体10は移動駒18を介してゴム状弾性体24を
圧縮変形させながら下降する。

ここでは、外側回転体10と一体に移動駒18が下降すると
きには、偏心量可変機構25が機能する。即ち、移動駒18
における多角孔21の対向面22が固定駒17のガイド面19に
案内されてゴム状弾性体24を圧縮変形させつつ外側回転
体10が下降する。

この下降により第５図に実線で示し、また第3,4図に示
す下死点の状態になると、外側回転体10と内側回転体11
とは同心になって、前記した第１図（ｂ）の状態にな
り、従って外側回転体10と内側回転体11との変速比は１
対１になる。

また、前記ペダルを踏む力を小にしたとき、即ち後輪の
駆動力を小にしたいときには、無端伝動体Ｃに負荷され
る張力Ｔ及び外側回転体10への入力が小になる。する
と、外側回転体10を前記のように下降させる力も弱くな
り、ゴム状弾性体24の弾性力による外側回転体10を押し
上げる力が前記押し下げる力を上回って、移動駒18を介
して外側回転体10が上昇し、偏心移動する。このときの
移動駒18の多角孔21の位置が第５図に鎖線で示され、ま
た外側回転体10と内側回転体11との位置の関係は第１図
（ａ）の状態になる。このため外側回転体10の回転に対
して内側回転体11の変速比は増速側に変化する。

以上の説明は、ペダルを踏む力が最大であるときと最小
であるときとの説明であるが、これらの中間の力でペダ
ルを踏んだときには、その力に対応した張力Ｔとなっ
て、これに応じて外側回転体10を下降させる力が作用す
る。そこで、この下降させる力とこれに対向するゴム状
弾性体24の弾性力とのバランスがとれる位置まで外側回
転体10が下降して、外側回転体10はそれに見合う偏心量
となる。そこで、外側回転体10と内側回転体11との偏心
量に対応した変速比により、外側回転体10から内側回転
体11へ回転力が伝達される。かくして、前記偏心移動量
及びこれに基づく変速比は、前記最大値と最小値との間
で、ペダルを踏む力（即ち無端伝動体Ｃの張力T,外側回
転体10への入力も同じ）に対応して無段で変化すること
になる。

なお、外側回転体10は第５図に示す線Ｆに沿って上昇す
るため、変速比が大きいときには外側回転体10はペダル
側の駆動輪Ａより遠くなる。このため前記のような変速
比の変化に対応して駆動輪Ａと従動輪Ｂとの距離が変化
して無端伝動体Ｃの張力に変化を生じるから、この無端
伝動体Ｃの張力の変化を防止するために、駆動輪Ａには
次のような張力維持機構が施される。この実施例では駆
動輪Ａにこの機構を採用したが、駆動輪Ａと従動輪Ｂと
の間に所定の張力を維持する機構を設けてもよい。

この実施例の張力維持機構は第6,7図に示される。ここ
に図示される張力維持機構は、この出願人が特願昭61−
146733号としてすでに提案している機構である。即ち、
クランクシャフトに外嵌される駆動軸46が駆動ディスク
45の中心に固定され、駆動ディスク45の両面の縁には複
数のブッシュ47が突設される。また駆動ディスク45の両
面にはそれぞれ側面板48が、前記駆動ディスク45を挟む
ように配置される。この側面板48には複数のブッシュ窓
50が開設され、このブッシュ窓50は前記駆動ディスク45
のブッシュ47と同一の数及びピッチで且つブッシュ47が
遊嵌する程度の内径をもって開設されている。かかる２
枚の側面板48は、これらの外周に係合する外輪41により
相互に固定される。外輪41の外周には無端伝動体Ｃが係
合する歯が形成されている。而して前記駆動ディスク45
と側面板48とは、相互に遊嵌するブッシュ47とブッシュ
窓50とによって連動するようになっていて、クランクシ
ャフトの回転力は、駆動軸46,駆動ディスク45,ブッシュ
47,側面板48,外輪41を介して無端伝動体Ｃに伝達され
る。49は側面板48の中心孔であり、ここから駆動軸46が
外方に貫通突出している。

ここで、第６図の状態はクランクシャフトが回転せず、
従って駆動軸46,駆動ディスク45は静止している状態で
ある。このときは側面板48,外輪41はその自重により側
面板48のブッシュ窓50がブッシュ47の上側に乗って保持
されている。なお、この場合の側面板48及び外輪41は、
無端伝動体Ｃの張力により僅かに従動輪Ｂ方向に寄って
いる。

次に、クランクシャフトが第6,7図において時計方向に
回転して駆動軸46,駆動ディスク45が一体に回転する
と、駆動ブッシュ47は同方向に回転移動する。このとき
の状態が第７図である。駆動ブッシュ47の回転移動によ
り、ブッシュ窓50を介して係合している側面板48及び外
輪41を回転させる。このとき無端伝動体Ｃの張力に起因
する反力と、駆動ブッシュ47の回転移動力とのバランス
によって、ブッシュ窓50に遊嵌している駆動ブッシュ47
は、ブッシュ窓50内における、従動輪Ｂより遠い側（第
７図において右方向）へ移動して外輪41及び側面板48は
矢印Ｈ方向に移動する。この移動距離は、第７図に示す
距離Ｌとなり、この移動距離Ｌに比例して無端伝動体Ｃ
は図において右に引っ張られる。

ここで、側面板48と外輪41との移動距離Ｌは、無端伝動
体Ｃの張力に対応して決定されるから、従動輪Ｂにおけ
る前記外側回転体10の偏心移動によって発生する無端伝
動体Ｃの張力の変化を、この張力維持機構における前記
移動距離Ｌが変化することにより吸収することになる。
なお、この張力維持機構に代えて、無端伝動体Ｃの中途
に設定される公知の張力維持機構を採用することもでき
ることは勿論である。

以上説明したように、この実施例においては、この発明
を自転車の動力伝達機構に適用したが、チェン，ベルト
等の無端伝動体により連結され且つ夫々が回転軸をもつ
駆動輪と従動輪との間において広く適用できるものであ
る。また係合部分31は外側回転体10に代えて内側回転体
11に枢着することもできる。さらに、この発明は偏心量
を可変とする機構は無端伝動体Ｃの張力とゴム状弾性体
24の弾性力とのバランスにより偏心量を可変とするもの
であるから、ゴム状弾性体24に代えてバネ材を使用する
こともできる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、駆動輪から無端伝動体を介して入力
される外側回転体への入力の大きさに応じて弾性体を変
形させながら、外側回転体とともに移動駒が固定駒に対
して滑りつつ下降して、両回転体の偏心量を自動的に変
化させるものであり、前記入力の大きさは、駆動輪と従
動輪とに掛け渡される無端伝動体の張力により検出し、
固定駒に対する移動駒のガイド面を上下方向に延ばすこ
とにより偏心方向を張力が作用する方向と交差させてい
るから、前記張力としての外側回転体への入力の一部
が、前記弾性体を変形させる方向に移動駒を移動させる
力として作用して、前記偏心量を小さくする方向に働
き、逆に、前記張力が小さくなれば、移動駒を前記移動
させる力は小さくなるため、弾性体の弾性復元力によっ
て移動駒は上昇する方向に移動し、よって前記偏心量を
大きくするものである。

かくして、無端伝動体の張力と弾性体の弾性復元力との
バランスにより、固定駒に対して移動駒を介して外側回
転体の偏心量が変化し、しかも弾性体の弾性復元力は一
定であるから、無端伝動体の張力に対応して外側回転体
の偏心量が変化し、その結果前記張力に対応した変速比
を自動的に得ることができる。したがって、この発明を
自転車の動力伝達機構に適用すると、自転車のペダルを
踏む力が大きいときには自動的に変速比が小さくなって
後輪のトルクを大きくし、逆にペダルを軽く踏むと変速
比が自動的に大きくなって後輪の回転数を増加させるこ
とができる。

しかも、この発明によれば、変速比を変化させるために
外側回転体を偏心させる機構をなす移動駒と固定駒と両
駒間の弾性体とが全て外側回転体の内側にあるから、こ
の偏心させる機構が小型化されるという効果がある他、
外部に突出していないために、他の機器との干渉により
機構が破損されることが防止されるとともに、接触によ
り人が負傷するおそれもないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は夫々この発明の原理を示す説明
図、第２図はこの発明の実施例の概略を示す説明図、第
３図は第２図のIII−III線断面拡大図、第４図は第３図
の左側面図、第５図は第３図の右側面図、第６図及び第
７図は夫々張力維持機構を示す側面図である。 Ａ……駆動輪、Ｂ……従動輪、Ｃ……無端伝動体、10…
…外側回転体、11……内側回転体、13……固定軸、14…
…回転軸、15……歯、16……リング、17……固定駒、18
……移動駒、19……ガイド面、21……多角孔、22……対
向面、24……ゴム状弾性体、25……偏心量可変機構、27
……回転リング、28……外側歯車、31……係合部材、32
……歯、34……係合ガイド、36……係合位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動輪との間に掛け渡されたチェン，ベル
   ト等の無端伝動体により回転駆動される従動輪を、前記
   無端伝動体が掛けられる側の外側回転体と、その内側で
   前記外側回転体により回転される内側回転体とにより構
   成し、従動輪の軸をなす固定軸に、前記内側回転体と固
   定駒とを支持させ、内側回転体は固定軸に回転自在とし
   且つ固定駒は固定軸に固定してなり、前記固定駒には、
   前記駆動輪の回転軸中心と前記固定軸中心とを結ぶ線に
   対して交差する上下方向に延びるガイド面と、このガイ
   ド面の上端に連続し且つ傾斜した上向きの斜面とを形成
   してあり、前記固定駒に移動駒を昇降による偏心可能に
   外嵌し、当該移動駒には、前記固定駒の前記ガイド面に
   滑り接触する対向面と、前記固定駒の斜面に平行な下向
   きの斜面とを形成し、且つ外周に前記外側回転体を回転
   自在に支持させて当該外側回転体を一体に偏心可能にし
   ており、前記固定駒及び移動駒の各斜面間に、外側回転
   体を経由する移動駒への入力の大きさに応じて、前記入
   力の大きいときに大きく変形して内側回転体に対して外
   側回転体の偏心量を小さくし、前記入力の小さいときに
   前記変形を復元して内側回転体に対する外側回転体の偏
   心量を大きくする弾性体を介在させ、内外両回転体の一
   方に、回転移動しながら他方の回転体に係合して両回転
   体の一方から他方へ回転力を伝達する係合部材を枢動可
   能に枢着して、当該係合部材を、前記他方の回転体に係
   合して両回転体を連動させる係合姿勢と、前記係合から
   離脱して前記連動を解除する解除姿勢との間で姿勢可変
   とし、前記係合部材の回転移動軌跡上の係合位置で前記
   係合部材を前記係合姿勢に変化させ且つ離脱位置で係合
   部材を前記解除姿勢に変化させる係合ガイドを、前記内
   側回転体の軸周りに配置したことを特徴とする自動無段
   変速装置。
2. 【請求項２】自転車のクランクシャフトに駆動輪を取付
   け、自転車の後輪回転軸に従動輪を取付け、前記従動輪
   の外側回転体と駆動輪との間に、ベルト，チェン等の無
   端伝動体を掛け渡してなる特許請求の範囲第１項記載の
   自動無段変速装置。