JPS60213590A - 自転車用無段変速装置 - Google Patents

自転車用無段変速装置

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JPS60213590A
JPS60213590A JP59069906A JP6990684A JPS60213590A JP S60213590 A JPS60213590 A JP S60213590A JP 59069906 A JP59069906 A JP 59069906A JP 6990684 A JP6990684 A JP 6990684A JP S60213590 A JPS60213590 A JP S60213590A
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gear
eccentric
crankshaft
planetary
arrow
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、自転車のクランク軸に装備りる変速機として
最適f、−1自転車用無段変速装置に関するものである
。 この種の無段変速装置としては、例えば特開昭54−9
3754号公報に開示されたものがあるが、これは二輪
車の後輪用ハブ軸に装備するようにしたものである。 しかしながら自転車は一般に、クランク軸の回転を増速
して後輪に伝えるものであるから、クランクギA7が大
径で後輪スプロケットが小径である。 しかして後輪用ハブ軸に前記の変速機を装備すると、後
輪スプロケットの径がある程度大きくなり、それに応じ
てクランクギヤの径も大きくしなければならない、ため
、伝動装置が大型化するという問題がある。 またこの無段変速装置は遊星歯車装置を利用して増速す
るものであり、その増速比は遊星歯車の径と、太llj
!歯車の径の比によって定まり、また伝動力は遊星歯車
の使、用個数が多い程脈動が小さくなるという性質があ
る。 しかしながら前記無段変速機のように同一平面上にずべ
ての遊星歯車と太陽歯車を配置する場合は第15図(a
)(b)(c)に示すように、遊星歯車Pの個数を多く
すれば、太陽歯車317) 1′¥!が大きくなるため
増速比が小さくなり、J:だ遊星歯車Pの径を太陽歯車
Sの径に比して大きくして増速比を大にすれば、遊星歯
車Pの個数が少なくなって脈動が大きくなるという間ν
nがある。 本発明はIt idiの問題点を解決するためになされ
たもので、無f9変速装冒を自転車のクランク軸に装備
できるにうに1ノC伝動装置を全体と1ノで小形化する
と共に、M 3j!歯111装訪をクランク軸に対して
二重に配置することにより、遊星南中の径を太陽歯車の
径に対して大きく1ノて増速比を大きくする上に、遊星
歯車の個数を多く1ノで伝動力の脈動を小さくづること
を[l的と1するものである。 上述の目的を達成するために本発明においては、自転車
のクランク軸にキ11リーフを固定し、このキャリヤに
複数の′lfI星核を回転自在に枢支1)、これらの各
遊星核に一方向クラッチを介して遊ye歯車を一方向に
のみ回転できるようにIN装するとハに、これらのVi
W歯i1jをクランク軸に対して二重に配置し、前記遊
星核の偏心位置に突設置ノた揺動ピンを案内する円形軌
道を有する偏心シフターをクランク軸に対して偏心量調
整自在に設け、前記各遊星歯車とそれぞれ噛合する太陽
歯車とクランクギヤを一体に形成し、このクランクギヤ
により出力を取り出すようにして自転車用無段変速装置
を構成する。 以下図面について本発明の一実施例を説明する。 図中1は自転車フレームのメインパイプ、2は立パイプ
、3はチェノステー、4はハンガラッグ、5はクランク
軸、6はクランク軸5に嵌着するクランクアーム、7は
そのロックナツトである。また8は後輪、9は後輪ハブ
軸、10は後輪用スプロケッI・、11はチェノである
。 本実施例においては、中空円盤形状のキャリヤ12(1
2aはビス12b等によりキャリヤ本体に着脱自在にし
た蓋板)をクランクアーム6を介してクランク軸5に固
定し、このキャリヤ12内に複数(本実施例では6個)
の段付円筒形状の遊星核13を軸14を介して円周等分
位置に回転自在に枢支する。なお15はそのベアリング
である。 3− なおこの場合、段付円筒形状の遊irl核13はその大
径部13aと小径部13bとが隣接する遊星核間におい
て交nに180°反転させて配置iする。そしてこれら
各遊星核130大径部13aの外周部に、一方向クラッ
チを介してリング形状のMm歯車16を一方向にのみ回
転できるJ:うに嵌装するとItに、これらの遊星歯車
16をクランク軸5の軸方向に対して二重に配置する。 すなわち本実施例においては3個の遊星歯車1Gがキャ
リヤ12内の外側部に配置され、残りの3個の遊星歯車
16はキ(・リヤ12内の内側部にそれぞれ干渉しない
にうに配置されている。 また一方向クラッチはどのような形式のものでもよいが
、本実施例では第5.6図に示すJ:うに、リング状の
遊ψ歯車16の内周面にラチェット17を形成すると共
に、遊星核13の大径部13aにラチェット17と噛合
して一方向の回転のみをl1II 、+t−する爪18
を設けて、ばね19に、につて爪18がラチェット11
と噛合するように付勢しである。 また前記各Mtj−!核13の一側面(本実施例では内
4− 側面)の軸14に対する偏心位置に軸14と平行な揺動
ピン20を突設しておく。第5図のキャリヤ12の蓋板
12aに設けた切欠口12cは、前記各揺動ピン20を
キャリヤ12の外部に突出させると共に、その揺動を許
容するためのものである。 また第2図および第3図に示すように、クランク軸5に
ベアリング21を介して回転自在に嵌合する軸筒22の
一端部に前記各遊星歯車16とそれぞれ噛合する太陽歯
車23を形成すると共に、軸筒22の他端部に2個の円
形段部24a 、 24bを有するクランクギA724
を形成し、この円形段部24aに回転自在に嵌合する中
心孔25a(第4図参照)を有すると共に、外周部にク
ランク軸5と同心の歯車25を形成し、さらに歯車25
の一側面に中心孔25aに対して偏心している偏心円板
26を突設して偏心桟板27を一体に形成する。 イしてこの偏心円板26と回転自在に嵌合する偏心孔2
8a〈第4図参照)を有すると共に、円板の外周部に歯
車28bを形成し、さらにその同一円周上に複数のねじ
孔28cを設けて偏心シフター28を形成し、この偏心
シフター28に2個のリング29゜30をそれぞれに設
けたねじ挿通孔29a 、 30aを介してビス31を
ねじ孔28cにねじ込むことにより偏心シフター28に
取り付けるようにし、この2個のリング29.30の内
周の接合部に半円状のボール嵌合溝29b 、 30b
を形成し、前記各揺動ピン20を摺動自在に嵌合する円
形軌道32をリング33の片面に凹陥して形成すると共
に、リング33の外周面に半円状のボール嵌合溝33a
を形成し、このボール嵌合溝33aと前記ボール嵌合溝
29b 、 30bとの間に多数のボール34を挿入す
ることによりリング33を偏心シフター28に対して回
転自在に取り付ける。 そして上述の各部lは第2図に示すように、クランク軸
5にベアリング21を介して太陽歯車23おJ:びクラ
ンクギヤ24を有する軸筒22を嵌装すると共に、その
円形段部24aに偏心杉板27を嵌装し、さらにその偏
心円板26に前述したリング33を取り付IJた偏心シ
フター28を嵌装し、このリング33の円形軌道32内
に、キャリヤ12内に設けた各遊星核13J−り突設し
た各揺動ビン20を嵌入させると共に、キャリヤ12を
太陽歯車23の外周部に1択合して、キャリヤ12内の
各遊星歯車16をそれぞれ太陽歯車23と噛合させ、さ
らにクランク軸50角筒部5aにクランクアーム6を嵌
合すると」(に、クランクアーム6とキャリー712ど
を固定し、クランク軸5のねじ部5b (第3図参照)
に[]ツツクナラ1〜を螺合して締めつ()ることにJ
:りこの装置を相み)γてる。 また本発明無段変速装置mにはIQ心操作装置および逆
転時における逆入力許容装置Nが心数Cある。 第2.3図おJ、び第7〜11図にはイの一心操作装置
兼逆入力許容装置Nの一例を示1ノである。 すなわちこの装置は、第2,3図に示MJ:うに立パイ
プ2に、ねじ孔3!ia (第3図参照)を有する軸筒
35をクランク軸5と平(1に溶接等にJ:り固着し、
このねじ孔3!iaにポル]・状の支持ll1b36を
螺着するように1ノ、この支持軸3Gにブラゲツ1−3
7の端部を孔37aを介しC嵌合JるとJ(に、さらに
ワイヤリール38とピニオン39とを一体に形成1)だ
ものと断面コテ状の一1穐79−−ス40を、イの一端
部に7− 設けた孔40aを介して支持軸36に嵌装置ノ、ギヤケ
ース40の内部には一方向クラッチ41を内周部に有す
ると共に前記偏心杉板21の歯車25と噛合する固定側
歯車42を介装しておく。 一方向クラッチ41はどのようなものでbよいが、例え
ば第10.11図に示すように固定側歯車42の内周部
にラブ1ツト42aを形成Jると共に、一方向クラッチ
41の外周部にラヂ[ット42aど噛合して一方向の回
転のみを許容する爪41aを設ける。なおこの一方向ク
ラッチ41は支持軸36に対して固定しておく。 またギヤケース40の他端部に孔40bを設け、この孔
40bを貫通する軸43の一端に前記ピニオン39と噛
合する扇形歯車44を固着すると共に、ギA7ケース4
0内の軸43に前記固定側歯車42と噛合する中間歯車
45を回転自l[に嵌装し、さらにギヤケース40の外
部に突出する軸43にlff1動アーム46の基部を嵌
合してビン47により固定する。 また揺動アーム4(iの遊端部には軸48を突設し、こ
の軸48に前記中間歯車45と噛合すると共に、偏8− 心シフタ−28の歯車28bと噛合する移動側歯車49
を回転自在に嵌合する。なおこの移動側歯車49は固定
側歯車42と歯数を同一にしておく、50はこの歯車4
9の抜は止め具である。またこの装置には例えば第10
図に仮想線で示したようなばね51を設けて、軸43を
第10図において常に反時計方向に回動させるように付
勢しておく。 また前記ワイヤリール38には第8,9図に示すように
操作ワイヤ52を巻き掛けして駆動するようにする。第
3図中の53は操作ワイヤ52のアウターワイヤで、5
4(第7図参照)はその調整ねじて、前記ブラケット3
7に設けたねじ孔37bに螺合し、ロックナツト55に
より固定するものである。 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。第11図において、11は偏心円板26のクランク
軸5に対する偏心量であり、β2は偏心シフター28の
円形軌道32の偏心円板26に対する偏心mである。そ
して今β1=β2とすれば、第11図に示す状態におけ
る円形軌道32のクランク軸θ 5に対する偏心mβはβ−2βl 5In7となる。 そしてこの第11図の状態から、偏心シフター28を矢
印AのJ:うに回転して゛第10図に示−1状態にJる
と、円形軌3032のクランク軸5に対−りる−心t−
は0になる。ず(2わら偏心シフター28を第10図と
第11図に示づ範囲内で任意に操作Mる2:とにJ、っ
て、円形軌道32のクランクllll15に対する偏心
量を任意の聞に無段階に設定することができる。 この偏心シフター28の操作は次のJ:うにしで行う。 すなわち第10図の偏心ω0の状態から第11図の偏心
状態にするには、第t3図の状tlHからワイヤ52を
矢印Bの方向に操作ηる。このJ:うにするとリール3
8を介してビニオン39が矢印0の時翳1方向に回転す
ると共に、扇形歯車44ど軸43が矢印1〕のように回
動し、その結果軸43に固定した揺動アーム46が矢印
E 17) 7′J向に回動り−る。アーム46が矢印
Eの方向に回動Jれば、移動側歯車49が偏心シフター
28の歯車281)ど噛合しているため、偏心シフター
28が移動しなGlれば歯車49は若干第10図の矢印
Fのように回動し、その結果中間歯車45が矢印Gの方
向に回動し、固定側歯車42が矢印1−1の方向に回動
1゛る。この場合歯車42の内部の一方面クラップ41
は歯車42に対してすべるため、歯車42の回転を妨げ
ることはない。 しかしてこの歯車49と42の回転方向は同じであり、
両歯車49.42の歯数も同一であるから、歯車49と
281)との噛合点■と、歯車42と25との噛合点J
との間の距Ill I−+が変化しなければ偏心検板2
7と偏心シフター28との相対位相は変化しないが、扇
形歯車44が第8図から第9図の状態になると、歯車4
9,45.42も第10図から第11図の状態に変化す
るため、前記したLlが第11図のL2に変化する。 −したがってこのL’1−12が偏心シフター28を偏
心検板21に対して第10図の矢印1くの方向に相対回
転させる量となる。 このため偏心シフター28は第10図の状態から第11
図に示す状態に偏心検板27に対して相対的に回転する
ため、偏心シフター28と一体の円形軌道32の中心は
クランク軸5の中心に対してβだけ偏心することになる
。 また第11図の偏心状態を第10図の偏心量Oの状11
− 態に戻すには、第8,9図の操作ワイ−7:12を前と
は逆方向(第9図の矢印1−の方向)に操作Jればよい
。 この場合第11図に、1りい°Cアーム4Gが矢印Mの
方向に回動するため、(−心シフタ−211が移動しな
IJれば、歯車491.1矢印Nの方向に回動し、での
結果歯車42は矢印0の方向に16目11シようとする
が、この歯車42は固定軸3Gに固定した一方向りラツ
ヂ41の作用によって矢印0方向の回転は川11される
l、:め、結局偏心杉板27は回転I!ず、偏心シフタ
ー28が11−12の差動弁だ番)第11図の矢印へ方
向に回動して第10図に示−=l IQ心h10の状態
に2にる。 つぎに無段変速機構の作用を第12図および第13図に
ついて説明する。 ゛ 第12図は第6図および第10図の状態におけるクラン
ク軸5と、円形軌道32ト、l!i f! 核13ト、
′Wi星歯車16と、揺動ビン20と、太陽歯車23と
の関係を示す説明図である。 この状態でクランクアーム6を介してクランク軸5が矢
印Pの方向に回転するど、第2図に示ず12− ようにクランクアーム6と結合したキャリヤ12がクラ
ンク軸5と一体に回転し、その結果軸14を介して各M
星核13および遊星歯車16もキャリヤ12と共に回動
する。しかしてこの場合遊星核13に突設した揺動ビン
20は軸5と同心の円形軌道32内に嵌合した状態で回
動するから、遊星核13はキャリヤ12に対しては全く
回転しない。
【ノかしながら各遊星歯車16は太陽歯車23とそれぞ
れ噛合しているため、この太陽歯車23の負荷抵抗にJ
:って各遊星歯車16は第12図において時計方向に回
転しJ:うどするが、この回転はラチェット17ど爪1
8から成る一方面クラッチの作用によって凡1止される
。したがって太陽歯車23はキャリヤ12と一体的に回
動する遊星歯車16によって第12図の矢印Qのように
クランク軸5と一体的に同方向に回転する。したがって
この場合の変速比は1:1である。 つぎに変速操作によって、偏心シフター28を第11.
13図に示す偏心状態にした場合は、クランク軸5の矢
印P方向の回転にもとなって、前述したようにキ1νリ
ャ12が軸t)ど一体向に回転1ノ、ぞの結果各遊星核
13も輔14ど杖に回動するが、この場合各揺動ピン2
0が1■合しCいる円形軌道32は軸5に対して偏心し
ているから、各遊星核13は:1−17リヤ12に対し
ても11.1々刻々同1EII ”Jる。 すなわちクランク軸5の中心をRど1ノ、遊ψ核13の
中心をSと17.11し動ピン20の中心を−[と覆る
と、 R8Tである0は、第12図の場合常に一定であ
るが、第13図の場合はfれぞれ(B、02゜θ3のよ
うに変化リ−る。そして相!j間にはθ1〈θ2〈θ3
の関係が生ずる。 すなわちこのθ1〜θ3J:での間の遊星歯車16には
第13図に示J矢印U方向の回転が生ずるため、この矢
印U方向の回転と、軸5を中心と16遊星歯車16の矢
印Ph向の公転ににって、これと噛合する太陽歯車23
を第13図の矢印Vで示ずJ:うに軸5より増速しで回
転さ1する。なおこの場合本実施例では遊星歯車16が
6個あるため、回転増速域にない歯車16は増速されな
いが、前記した一方面クラッチの作用によっ−C6個の
遊星歯車16の中、その時最高の増速域にある1個の遊
星歯車16のみが太陽歯車23を駆動し、残りの5個の
遊星歯車16は、逆にその太陽歯車23によって回転さ
せられるようになる。すなわちこの時その歯車16のラ
チェット17は爪18に対してすべって回転することに
なる。 第14図は縦座標に増速変速比をとり、横座標にクラン
ク軸5の回転角度をとって示した本発明装置の増速特性
を示すものである。 これかられかるように、変速比の変動をできるだ【〕小
さくするためには、遊星歯車16の使用個数を多くする
のがJ:い。本実施例では6個の遊星歯中16を使用し
ているため、第13図に示す角度範囲W(約60°)が
各遊星歯車16の太陽歯車23に対する駆動域となる。 したがって第14図からみても本実施例においては、増
速中もほとんど脈動のない回転駆動力を得ることができ
る。 また上述の説明では、増速比Oの場合と最大増速比の場
合を説明したが、偏心シフター28の回動操作量を、第
10図および第11図の中間の任意量に設定することに
よって、本発明装置によれば、無15一 段階で任意の速度化が1!−1られることは説明するま
でもなく明らかである。 以上は本発明無段変速装置6にJ:る自転車走、わII
、?(正転時)にお番プる作用hjl明であるが、この
無段変速装置aを装備した自転車が、例えば坂の途中に
停止した時、Φカの作用によって1031!1l−1r
:とすると、第1図において後輪8が矢印X 17) 
7′J向に回転すると共に、チェノ11が矢印Yの方向
に移動する結果、本発明の無段変速装置のクランクギA
724に逆入力が作用することになる5、 この逆入力が作用すると、本発明装置は変速比が高い場
合にモの機構上セルフロックが生じて逆転できず、装置
の各部に無理な力が作用°りるため、本発明装置を実用
化するに当っては、この逆転時における逆入力許容装置
が必要となる。 前述した偏心操作装置はこの逆入り許容装置も兼ねるも
のであるから、以下にその作用を説明する。 すなわち第10図おにび第11図において、矢印αは正
転時におけるキャリヤ12の回転方向Cあり、16− 矢印βは逆転時におけるキャリヤ12の回転方向である
。 今前述した接輪8の逆転時に、チェノ11、クランクギ
ヤ24、太陽歯車23を介して第12図に示すように、
各遊星歯車16に矢印β方向の回転が伝えられるど、各
遊星歯車16は矢印γの方向に回転しようとするが、こ
の回転はラチェット11および爪18よりなる一方面ク
ラッチによって阻止されるため、遊星歯車16はキャリ
ヤ12と一体に矢印βの方向に回転する。この場合第1
0図および第12図に示すように、円形軌道32のクラ
ンク軸5に対する偏心量が0の時は、遊星歯車16内の
遊星核13と一体の揺動ピン20は円形軌道32内を回
動することができるため、上述したセルフロック現象は
起きないが、円形軌道32がクランク軸5に対して第1
1図および第13図に示すように偏心している時は、揺
動ピン20が円形軌道32内を通過するためには遊星核
13がある程度自転しなければならない。しかしながら
前記したように逆転時においては遊星歯車16は回転を
閉止されているため、遊星核13も自由に自転できない
。 このためにセルフロックが生ずるので(hるが、本発明
装置においてはこのレルフl二1ツクがイ1すると、円
形軌道32を形成りるリング33がこれと一体の偏心シ
フター28と」(に−1−!?リー〕12と一体的に矢
印βの方向に回転Jる。そして偏心シフター28が回転
すれば、歯車2旧+ 、 49.4!i、 42.25
を介して偏心積板27も矢印βの方向に同tdP番−J
回転りるため、結局変速装置全体がクランクギX721
1と共に同方向に回転することになる。したがってこの
作動によって前記したセルフロックを十分吸収Jること
ができる。 なおこの逆転時には、」−述したにうに偏心積板27と
偏心シフター28は共に同方向に同量だIJ回転して相
互間の位相は変化しないため、変速比も変ることはない
。 つぎに本発明装置の効果を説明りる。本発明の無段変速
装置は上述のように自転車の後輪ハブ軸でなく、クラン
ク軸に装備】るにうにしたから、クランクギヤと後輪′
用スプロケツ1へとの直径比を大ぎくとれる上に、伝動
装置が全体的にも大型化しないという効果が得られる。 またこの種の無段変速装置は遊星歯車装置を利用して増
速するものであり、その増速比は遊星歯車の径と、太陽
歯車の径の比によって定まり、また伝動力は遊星歯車の
使用個数が多い程脈動が小さくなるという性質がある。 しかしながら既知の無段変速機のように同一平面−1−
にずべでの遊星歯車と太陽歯車を配置する場合は第15
図(a)(b)(c)に示すように、遊星歯車Pの個数
を多くすれば、太陽歯車Sの径が大きくなるため増速比
が小さくなり、また遊星歯車Pの径を太陽歯車Sの径に
比して大きくして増速比を大にすれば、遊星歯車Pの個
数が少なくなって脈動が大きくなるという問題がある。 しかしながら本発明の無段変速装置においては、遊星歯
車装置をクランク軸に対して二重に配置することにより
、第16図゛に示すように遊星歯車Pの径を太陽歯車S
の径に対して大きくして増速比を大ぎくできる上に、遊
星歯車Pの個数を多くして19− 伝動力の脈動を小さくりることができるという1ぐれた
効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置をf・11ノだ自転中の側面図、第
2図は本発明装置の縦断面図、 第3図〜第5図はその分解斜視図、 第6図は本発明装置のltyり亀7部を一部切欠して示
す部分図、 第7図は偏心操作装首兼逆人力許容装置の分解斜視図、 第8図〜第11図はその作用h;2明図、第12図およ
び第13図は本発明装置の作動説明図、第14図は本発
明装置にJ:る増速時121図、第15図および第16
図は遊星歯車と太陽歯車の各種組み合ねIt状態を示1
説明図である。 5・・・クランク軸 6・・・クランクアーム12・・
・キャリ\713・・・′ti星核14・・・軸 16
・・・遊星歯車 17・・・ラチェツ1−18・・・爪 19・・・ばね 20・・・揺動ピン −2〇− 23・・・太陽歯車 24・・・クランクギヤ27・・
・偏心積板 28・・・偏心シフター32・・・円形軌
道33・・・リング。 特許出願人 ブリデストンサイクル株式会社第ti図 l リ Xt k i −〇ノ\Vノ 第16図 (C)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、自転車のクランク軸にキャリ〜フを固定し、このキ
    1?り髪7に複数の3WW核を回転自右に相克し、これ
    らの各′IIl星核に−1)向クラッチを介して遊■!
    歯iljを一方向にのみI!、1転できるにうに嵌装J
    るとハに、これらの遊星歯車をクランク軸に対して二!
    0にMdし、前hi1遊W核の偏心位買に突設した揺動
    ピンを案内する円形軌道をイj°リ−る偏心シフターを
    クランク軸に対して偏心品調整自イ1に設番ノ、前記各
    遊星歯車どそれぞれ噛合する太陽歯車どイノランクギ、
    ヤを一体に形成し、このクランクギヤにより出力を取り
    出JJ:うにした事を特徴とする自転車用無段変速装囮
    。
JP59069906A 1984-04-10 1984-04-10 自転車用無段変速装置 Granted JPS60213590A (ja)

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JP59069906A JPS60213590A (ja) 1984-04-10 1984-04-10 自転車用無段変速装置
US06/718,097 US4644828A (en) 1984-04-10 1985-04-01 Stepless speed change device for bicycle
DE8585302500T DE3571314D1 (en) 1984-04-10 1985-04-09 Stepless speed change device for bicycle
EP85302500A EP0159855B1 (en) 1984-04-10 1985-04-09 Stepless speed change device for bicycle

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