JPS60252086A - 自転車用無段変速装置の逆入力許容装置 - Google Patents

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】 （技術分野〕 本発明は、自転車のクランク軸に装備する自転車用無段
変速装置の逆入力許容＠置に関するものである。

（従来技術９ 本出願人に先きに自転車用無段変速装置（昭和５９年５
月２１日出願、特願昭５９− 号）全提案したが、この装置にはその構造上から逆入力
許容装置が必要である。

（目的〕 本発明は上述の観点からなされたもので、その逆入力許
容装置を提供することにより、前記した遊星歯車式の無
段変速装置の実用化を可能にすること全目的とするもの
である。

（構成〕 上述の目的全達成するために本発明においては、自転車
のクランク軸にチェ／ギヤと一体の太陽歯車を回転自在
に嵌合し、クランク軸にクランクアームを固定すると共
に駆動歯車を固定し、この駆動歯車を外包するケースを
自転車フレームに固定して設け、前記駆動歯車と噛合す
る中間歯車を前記ケースに回転自在に枢支し、この枢支
軸によって揺動自在に枢支した板状のシフターに円形穴
を設け、この円形穴に嵌合する段部を有すると共に、外
周に前記中間歯車と噛合する歯車全形成した円環状のキ
ャリヤギヤ全前記シフターに回転自在に設け、このキャ
リヤギヤの側面に複数個のキャリヤビンを突設し、この
各キャリヤビンにそれぞれ偏心孔を有する円盤状の偏心
核全回転自在に嵌合し、この各偏心核の外周部にそれぞ
れ一方面クラッチを介して遊星歯車を嵌合し、この各遊
星歯車が常に前記太陽歯車と噛合するようにばねによジ
付勢し、前記シフターをその枢支軸を支点として揺動さ
せることにより、前記チェ／ギヤより無段変速の出力を
取り出すようにした自転車用無段変速装置において、前
記中間歯車よりも小径の小歯車全中間歯車と一体に形成
し、この小歯車と噛合する大歯車を前記太陽歯車の軸部
に一方面クラッチを介して嵌装して自転車用無段変速装
置の逆入力許容装置を構成する。

（実施例り 以下図面について本発明の一笑施例を説明する。

図中１は自転車フレームのメインバイブ、２は立バイブ
、３はチェンステー、４は）１ンガラノグ、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。

本実施例においては、クランク軸５にニードルローラベ
アリング８を介して回転自在に嵌合する太陽歯車９をチ
ェ／ギヤ１０と一体に形成すると共に、この太陽歯車９
とチェ／ギヤ１０との間に太陽歯車９より大径の段部１
１を形成し、さらにその外周部にリング状の軸受嵌着部
１２をチェ／ギヤ１０の側面に突設して一体に形成し、
これ全前記ニードルローラベアリング８を介してクラン
ク軸５に回転自在に嵌合する。

そして軸受嵌着部１２の外周にボールベアリング１３を
介して板状のケース蓋１４を嵌合し、段部１１には一方
面クラッチ１５を介して板状の大歯車１６のボス部１．
６　ａ　’ｉ：嵌合する。

この一方向クラッチ１５はどのような形式のものでもよ
いが、例えば第８．５図に示すように、爪１５ａを有す
るリング１５ｂ２段部１１に嵌着すると共に大歯車】６
のボス部１６ａの内周に爪１５ａと噛合するラチェット
１５Ｃｉ形成して一方面クラッチ１５を構成する。

また前記ケース蓋１４とビス１７（第１図参照）により
結合してケースを形成するケース本体１８の軸孔１８ａ
内にポールベアリング１９（第す図参照）を介して駆動
歯車２０のボス部２０ａを回転自在に嵌入し、このボス
部２０ａの内周部にクランクアーム６のボス部６　ａ　
ｉセレーション６ｂ。

２０ｂ（第１図参照）を介して嵌着する。

また前記駆動歯車２０と噛合する中間歯車２１を前記ケ
ース１８．１４１内に枢支軸２２によりベアリング２３
を介して回転自在に設け、この中間歯車２１と一体の胴
部２１ａ［ベアリング２４を介して板状のシフター２５
のボス１２５ａ’ｌ［合する。このシフター２５には第
２図に示すように円形穴２５ｂを設けると共に前記ボス
部２５ａの上方にカム孔２５Ｇを設ける。また前記中間
歯車２１の胴部２１ａの端部には、胴部２１ａより小径
のセレーション２１ｂｉ形成し、組み立て時前記大歯車
１６と噛合する小歯車２６をその内周に形成したセレー
ション２６ａｉセレーシヨン２］、ｂに嵌合して中間歯
車２１と小歯車２６を一体的に結合する。なおこの小歯
車２６の径は中間歯車２１の径より小さくする。

また前記シフター２５の円形穴２５ｂに多数の鋼球２７
を介して嵌合する段部２８ａを有すると共に、外周に前
記中間歯車２】と噛合する歯車２８ｂを形成し、さらに
中心孔２８０を設けた円環状のキャリヤギヤ２８を前記
シフター２５に鋼球２７を介して嵌合し、段部２８ａの
端面に中空円板状のキャリヤプレート２９を当てかうと
共に、ビス３０　（第２図参照）をキャリヤグレート２
９を貫通してキャリヤギヤ２８にねじ込むことによりキ
ャリヤギヤ２８をシフター２５に回転自在に取９付ける
。

またキャリヤギヤ２８の両側面にそれぞれ複数個（本実
施例では片側３個、両側で計６個）のキャリヤビン３１
を突設すると共に、各キャリヤビン３１の周囲にコイル
スプリング（ばね）嵌合係止用の環状溝８２を設ける。

なおキャリヤグレート２９側のキャリヤビン３１はグレ
ート２９を貫通して突設する。２９ａ（第２図参照）は
その貫通孔である。

また環状溝３２内に第２図に示すようなコイルスプリン
グ３８を挿入すると共に、スプリング３３の一端部３８
ａ’ｉキャリヤギヤ２８に係止する。そして偏心孔３４
ａ’（ｉ：有する円盤状の偏心核３４金谷キャリヤビン
３１に嵌合すると共に、スプリング３３の他端部３．３
ｂ’ｉ偏心核３４に係止する。そしてこの各偏心核３４
の外周部にそれぞれ一方向タラッチ３５を介してリング
状の遊星歯車８６を嵌合し、組み立て時に各遊星歯車３
６が前記コイルスプリング３３の作用によって常に前記
太陽歯車９と噛合するように付勢する。

一方向クラッチ３５の形式はどのようなものでもよいが
、例えば第２図に示すように、偏心核ａ４の外周部に爪
３５ａ’ｉｌｌング状のばね３５．ｂｔ介して取り付け
ると共に、遊星歯車３６の内周１ｉＫ爪８５ａと噛合す
るラチェット５５ｃｋ形Ｍ。

して一方向クラッチ３５を構成する。

また前記ケース１８．１４に設けた枢支軸２２の上方に
おいて、カム軸３７（第１図参照）を前記シフター２５
のカム孔２５０に貫通すると共ニ軸の両端部をケース１
８．］４に支持させて設け、ワイヤーリール３８と一体
に形成した偏心カム３９をカム孔２５０に嵌入させると
共に、その軸孔３９ａを介してカム軸３７に回転自在に
嵌合する。なお４０はカム軸３７に嵌合するスペーサー
、４１はワイヤーリール３８に巻き掛けした変速操作用
のインナーワイヤー、４２はそのアウターワイヤー、４
１３はアウターワイヤー４２の端部に固着した調節ねじ
て、このねじ４３はケース本体１８の上縁部に設けたね
し孔１８　ｂに螺合する。

４４はそのロックナツトである。

そして上述した各構成部材は第５図に示すように組み立
てる。すなわち前述したようにケース本体１８と結合し
たクランクアーム６をクランク軸５の角筒部に嵌合して
ロックナツト７により固定すると共にケース本体〕８と
ケース蓋】４との接合部をビス１７（第１図参照つによ
り結合してケース１８．１４を一体化し、このケース１
８゜１４の後部のケース蓋１４を自転車フレームのチェ
ンステ−３に接合すると共に、第１図に示すようにチェ
ンステ−３に固定金具４５をかぶせて、その両側フラン
ジ部とケース蓋１４とをねじ（図示せず〕により締結す
る。４５ａはその固定金具４５に設けたねじ挿通孔、１
４ａはケース蓋１４に設けたねじ孔である。また４６は
前記チェンギャ１０にかけたチェ／でおる。

（作用〕 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６図はシフター２５のカム孔２５Ｃに嵌合してい
る偏心カム３９の作用によってクランク軸５とキャリヤ
ギヤ２８の中心が完全に一致している同心状態を示すも
のである。この状態から操作ワイヤー４１を矢印Ａの方
向に操作して偏心カム３９を矢印Ｂのように回転すると
、シフター２５が枢支軸２２を支点として第７図に矢印
Ｃで示すようにケース１８　、１．４に対して回動する
。

その結果キャリヤギヤ２８の中心Ｏ′がクランク軸５の
中心０よｔ）ｌだけ偏心する。

また第７図の状態から操作ワイヤー４１を矢印りの方向
に操作して偏心カム３９を矢印Ｅの方向へ回転させると
、シフター２５が矢印Ｆの方向へ回動して第６図に示す
同心状態に戻る。すなわちシフター２５を第６図と第７
図に示す範囲内で任意に操作することによって、キャリ
ヤギヤ２８のクランク軸５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。

つぎに無段変速機構の作用を第８図および第９図につい
て説明する。

第８図は第６図の状態における太陽歯車９と、駆動歯車
２０と、中間歯車２１と、シフター２５と、キャリヤギ
ヤ２８（駆動歯車２ｏと同心つと、キャリヤビン３１と
、遊星核３４と、遊星歯車３６と、偏心カム３９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を介してクランクアーム６
に固着した駆動歯車２ｏが矢印Ｇの方向に回転すると、
第５図に示すように中間歯車２１を介してキャリヤギヤ
２８がクランク軸５と一体に回転し、その結果キャリヤ
ビン３１を介して各偏心量３４および遊星歯車３６もキ
ャリヤギヤ２８と共に回動する。しかしてこの場合キャ
リヤギヤ２８に突設した各キャリヤビン３１はいずれも
軸５と同心の円形軌跡Ｈ上を回動するから、偏心量３４
はキャリヤギヤ２８に対しては全く回転しない。

しかしながら各遊星歯車３６は太陽歯車９とそれぞれコ
イルスプリング３８の作用によって噛合しているため、
この太陽歯車９の負荷抵抗によって各遊星歯車３６は第
８図において矢印工の時計方向に回転しようとするが、
この回転はラチェット３５Ｃと爪８５ａから成る一方的
クラッチ３５の作用によって阻止される。したがって太
陽歯車９はキャリヤギヤ２８と一体的に回動する遊星歯
車３６によって第８図の矢印Ｊのようにクランク軸５と
一体的に１川方向に回転する。し念がってこの場合の変
速比は１：１である。

ツ１ｆＶｃ変速操作によって、シフター２５ｅｉ７゜９
図に示す偏心状態にした場合は、クランクアーム６の矢
印Ｇ方向の回転にともなって、前述したようにキャリヤ
ギヤ２８がクランクアーム６と一体的に回転し、その結
果各偏心核８４もキャリヤビン８］と共に回動するが、
この場合各キャリヤビン８１の円形軌跡Ｈは太陽歯車９
の中心ＯＫ対して偏心しており、かつ各遊星歯車８６は
コイルスゲリンダ８８の作用によって常に太陽歯車９と
噛合するように付勢されているから、各偏心量３４はギ
ヤリヤギヤ２８に対しても時々刻々回動する。

すなわち第８．９図において太陽歯車９の中心ｆ！ｃｏ
とし、各位相におけるキャリヤビン：３１の中心’ｔＫ
とし、遊星歯車３６の円周上の定点ヲ１４とすると、△
ＯＫＭであるθは、第８図の場合は常に一定であるが、
第９図の場合にそれぞれθ、。

θ２．θ８．θ、のように変化する。そして相互間には
θ１〈θ２くθ、〉θ、〉θ１の関係が生ずる。

すなわちこのθ１〜θ８までの間の遊星歯車３６には第
９図に示す矢印Ｎ方向の回転が生ずるためこの矢印Ｎ方
向の回転と、キャリヤギヤ２８の回転による遊星歯車３
６の矢印Ｇ方向の公転によって・これと噛合する太陽歯
車９を第９図の矢印Ｐで示すようにクランク軸５より増
速して回転させる。なおこの場合本実施例では遊星歯車
３６が６個あるため、回転増速域にない歯車３６は増速
されないが、前記した一方的クラッチ３５の作用によっ
て６個の遊星歯車８６の中、その時最高の増速域にある
］個の遊星歯車３６のみが太陽歯車９を駆動し、残ジの
５個の遊星歯車３６は、逆にその太陽歯車９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３６のラチェット３５０は爪３
５ａに対してすべって回転することになる。

第１Ｏ図は縦座標に増速変速比をと９、横座標にクラン
ク軸５の回転角度をとって示１〜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け小さ
くするためには、遊星歯車３６の使用個数を多くするの
がよい。本実施例では６個の遊星歯車３６を使用してい
るため、第９図に示す角度範囲Ｑ（約６０°）が各遊星
歯車３６の太陽歯車９に対する駆動域となる。したがっ
て第１０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わかる。

また上述の説明では、増速比１：１の場合と最大増速比
の場合を説明したが、シフター２５の回動操作景を、第
６図および第７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、無段階で任意の速度比が得ら
れることは説明するまでもなく明らかである。

以上は本発明に係る無段変速装置による自転車走行時（
正転時〕における作用説明であるが、この無段変速装置
全装備した自転車が、例えば坂の途中に停止した時、重
力の作用によって後退したとすると、後輪が逆回転する
と共に、チェノ４６およびチェ７ギヤ１０全介してこの
無段変速装置の太陽歯車９に第８図の矢印Ｒで示す方向
の逆入力が作用することになる。

この逆入力が作用すると、この無段変速装置はその機構
上セルフロックが生じて逆転できず、装置の各部に無理
な力が作用するため、この無段変速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。

前述した小歯車２６と大歯車１６はこの逆入力を許容す
るためのもので、以下にその作用を説明する。

すなわち第８図において、前述したように太陽歯車９に
矢印Ｒの方向の回転力が作用すると・この太陽歯車９と
それぞれ噛合している谷遊星歯車３６が第８図の矢印工
の方向に回転しようとするが、この回転は一方面クラッ
チ３５によって阻止されているため回転不能である。

しかしながらこの無段変速装置内には前述したように小
歯車２６と大歯車１６とを組み込んであり、これによっ
て逆入力を許容することができる。

すなわち第３図に示すように、クランクアーム６の矢印
Ｓ方向の正転時には、駆動歯車２０を介して中間歯車２
１が矢印Ｔ方向に回転し、この回転が小歯車２６を介し
て大歯車１Ｇに矢印Ｕ方向の減速された回転を伝える。

しかしながら正転時において太陽歯車９の回転は駆動歯
車２０の回転と等しい力）あるいは増速回転されている
ため、太陽歯車９に固定した一方面クラッチ】５のリン
グ１５ｂの回転は、駆動歯車２０よす減速されている大
歯車１６よりも同方向でしかも速いことは明らかである
。このため正転時には大歯車１６が矢印Ｕの方向に回転
するがリング１．５１）はこれより更に速い速度で同方
向に回転するため、一方向クラッチ］５はすべっている
状態となる。したがって装置に無理な力が作用すること
はない。

また前記した逆転時に第３図の矢印■の方向の回転力が
チェノギャ１０を介して一方向クラッチ１５のリング１
５１）および太陽歯車９に作用フると、一方向タラッチ
］５を介して大歯車１６が矢印Ｗの方向に回転する。こ
のため小歯車２６、中間歯車２１全介して駆動歯車２０
が矢印Ｘの方向に大歯車１６よりも増速されて回転する
。したがってキャリヤギヤ２８も駆動歯車２０と一体的
に大歯車１６よりも増速されて第８図の矢印Ｙの方向に
回転するため、前記歯車１６．２６，２１゜２８による
増速比を偏心核３４による増速比よりも大きく設定すれ
ば、逆転時においても遊星歯車３６は偏心核３４に対し
て第８図の矢印２の方向に回転することになるため、ロ
ック現象は生じない。このため本発明装置によれば、逆
転時においても無段変速装置にロック現象が生じること
なく、装置各部に無理な力が作用するおそれもない。

（効果〕 つぎに本発明装置の効果を説明する。本発明の自転車用
無段変速装置の逆入力許容装置は上述の通ρであるから
、これによってはじめて前記した無段変速装置が実用化
されることになる。またこの逆入力許容装置は小歯車２
６と大歯車１６とを無段変速装置に付刃口するだけでよ
く、かつ、この装置はすべてケース内に設けられた完全
密閉型であるため作動が確実である上に装置全体として
軽量小型化できると共に、外観も向上するという効果も
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を有する自転車用無段変速装量の分
解斜視図、 第２図はその要部の分解斜視図、 第３図および第４図はその部分組み立て状態を示す正面
図、 第５図は本発明装置を有する自転車用無段変速装置の横
断平面図、 第６図および第７図はその偏心操作装置の作用説明ス、 第８図および第９図は無段変速装置の変速作用説明図、 第１０図は無段変速装置による増速時性図である。 ５・・・クランク軸６　・・・クランクアーム９・・太
陽歯車　］０・・・チェノギャ１４・・・ケース蓋（ケ
ース） １５・・一方向クラッチ　１６・・・大歯車１８・・ケ
ース本体（ケース〕 ２０・・駆動歯車　２１・中間歯車 ２２・・枢支軸２５・・・シフター ２６・・・小歯車　２７・・・鋼球 ２８・・・キャリヤギヤ　２９・・・キャリヤプレート
３１・・・キャリヤビン　３２・・環状溝３８・・コイ
ルスプリング（ばね〕 ３４・・偏心核　δ５・・一方向クラッチ３６・・・遊
星歯車　３７・・・カム軸３８・・・ワイヤリール　３
９・・・偏心カム４１・・・インナーワイヤー ４２　・アウターワイヤー ４１５・・固定金具　、４６・・・チェノ。 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｌ　自転車のクランク軸（５）にチェンギャ（１０）と
   一体の太陽歯車（９斤回転自在に嵌合し、クランク軸（
   ５）にクランクアーム（６）を固定すると共に駆動歯車
   （２０）を固定し、この駆動歯車（２０）を外包するケ
   ース（１８，１４）を自転車フレームに固定して設け、
   駆動歯車（２０）と噛合する中間歯車（２１）ｋケース
   （１，８，１！、１に回転自在に枢支し、この枢支軸（
   ２２）Ｋよって揺動自在に枢支した板状のシフター（２
   ５）に円形穴（２５ｂ）を設け、この円形穴（２５ｂ）
   に嵌合する段部（ｚｓａ）を有すると共に、外周に中間
   歯車（２１）と噛合する歯車（２，８ｂ）全形成した円
   環状のキャリヤギヤ（２１３）’ｅシフター（２５）に
   回転自在に設け、このキャリヤギヤ（２８）の側面に複
   数個のキャリヤビン（３１）ＶＣ突設し、この各キャリ
   ヤビン（３１）Ｋそれぞれ偏心孔（３４ａ、ｌ’を有す
   る円盤状の偏心核（３４）’ｒ回転自在に嵌合し、この
   各偏心核（３４）の外周部にそれぞれ一方面クラッチ（
   ３５）を介して遊星歯車（３６）’ｒ嵌合し・この各遊
   星歯車（８６）が常に太陽歯車（９）と噛合するように
   ばね（３８）により付勢し、シフター＜２５）’ｒその
   枢支軸（２２）ｋ支点として揺動させることにより、チ
   ェンギャ（１０）より無段変速の出力を取り出すように
   した自転車用無段変速装置において、中間筒車（２１）
   よりも小径の小歯車（２６）を中間歯車（２１）と一体
   Ｖこ形成し、この小歯車（２６）と噛合する大歯車（１
   ６）を太陽歯車（９）の軸部に一方面クラッチ（１５）
   ２介して嵌装した事を％徴とする自転車用無段変速装置
   の逆入力許容装置。