JPS6175086A - 自転車用無段変速装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、自転車のクランク軸に装備する変速様として
適した自転車用無段変速装置に関するものである。

（従来の技術） 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。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら自転車は一般に、クランク軸の回転を増速
しで後輪に伝えるものであるから、クランクギヤが大径
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点があった。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので
、無段変速装置を自転車のクランク軸に装備できるよう
にして伝動装置を全体として小形化すると共に、各遊星
歯車を太陽歯車に常に圧接させることにより、伝動系の
振動を小さくすることを目的とするものである。

（発明の構成） 上述の目的を達成するために本発明においては、自転車
のクランク軸にキャリヤを固定し、このキャリヤの同一
円周上に複数の軸を配設し、これらの軸にそれぞれ遊星
液を偏心位置において回転自在に嵌合し、これらの各遊
星液に一方向クラッチを介してＭ星歯車を一方向にのみ
回転できるように嵌装し、前記クランク軸にクランクギ
ヤと一体の太陽歯車をクランク軸に対して偏心および回
転自在に設け、前記各遊星歯車が常に前記太陽歯車と圧
接するように付勢して自転車用無段変速装置を構成する
。

（実施例） 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（第５図参照）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（第３図参照）はビス等によりキャリヤ本体に４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）の軸１３を同一円周上の円周等分位置に回転
自在に配設し、これらの軸１３にそれぞれ円盤状の遊星
液１４をその偏心位置において回転自在に嵌合する。

なおこの場合、遊星液１４はその厚さをキャリヤ１２内
の軸１３の長さの鍾以下にすると共に、隣接する遊星液
１４を第３図において左右交互に配置する。

そしてこれら各遊星液１４の外周部に、一方向クラッチ
１５を介してリング形状の遊星歯車１６を一方向にのみ
回転できるように嵌装すると共に、これらの遊星歯車１
６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１６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はキャリヤ１２内の内側部にそれぞれ干渉しないよ
うに配置されている。

また一方向クラッチ１５はどのような形式のものでもよ
いが、本実施例では第１．２図に示すように、リング状
の遊星歯ｙｉ１６の内周面にラチェット１５ａを形成す
ると共に、遊星液１４の外周部にラチェット１５ａと噛
合して一方向の回転のみを阻止する爪１５ｂを設けて、
ばねＩＳＣによって爪１５ｂがラチェット１５ａと噛合
するように付勢しである。

また第１図〜第４図に示すように、クランク軸５に内側
偏心カム１７をベアリ゛ング１８を介して回転自在に嵌
合すると共に、この内ｆｉｌｌ偏心カム１１の外周に外
側偏心カム１９を回転自在に咲合し、前記各遊星歯車１
６とそれぞれ噛合する太陽歯車２０をクランクギヤ２１
と一体に形成すると共に、この太陽歯車２０をベアリン
グ２２を介して外側偏心カム１９の外周部に回転自在に
嵌合する。そして前記内側回心カム１７の一端にアーム
１７ａを突設すると共に、外ｔ１１１（Ｉ心カム１９の
一端にアーム１９ａを突設し、アーム１９ａの端部に止
め金具２３を介してアウターワイヤ２４の端部を固定す
ると共に、インナーワイヤ２５の端部をアーム１７ａの
端部に止め金具２６を介して固定し、止め金具２３．２
６間のインナーワイヤ２５にコイルばね２７を介挿する
。すなわちこのようにすれば、インナーワイヤ２５をア
ウターワイヤ２４に対して移動させることにより、内側
偏心カム１７を外側偏心カム１９に対して回転させるこ
とができるから、それによって太陽歯車２０のクランク
軸５に対する偏心量を任意に調整することができる。

しかしながら、上述の偏心制御装置は、原理的に一例を
示したものであり、実際上は他の偏心制御装置を利用し
ても勿論差し支えない。

また前記各軸１３にコイルばね２８を嵌装し、ばね２８
の一端２８ａを遊星液１４に係止（第３図参照）すると
共に、ばね２８の他端２８ｂをキャリヤ１２に係止する
ことにより、各遊星歯車１６に偏心している軸１３に対
する一方向の回転力を与えて、各遊星歯車１６が常に太
陽歯車２０と圧接して噛合するように構成する。

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２図において、λ１は内側偏心カム１７のクラン
ク軸５に対する偏心量であり、β２は外側偏心カム１９
の内側偏心カム１１に対する偏心量である。そして今λ
１＝β２とすれば、第２図に示す状態における太陽歯車
２０のクランク軸５に対する偏心量λはλ＝！Ｑ＋＋１
ｚとなり、最大の偏心状態となる。そしてこの第２図の
状態から、アウターワイヤ２４とインナーワイヤ２５を
相対的に移動させることにより、内側偏心カム１７に対
して外側偏心カム１９を１８０度回転させて第４図に示
す状態にすると、太陽歯車２０のクランク軸５に対する
偏心Ｍは０になる。すなわらアウターワイヤ２４に対し
てインナーワイヤ２５を任意に操作することによって、
太陽歯車２０のクランク＠５に対する偏心■を第４図と
第２図の範囲で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説明する。第４図の状態で
クランクアーム６を介してクランクＮＡ５が矢印Ａのよ
うに時計方向に回転すると、クランクアーム６と結合し
たキャリヤ１２がクランク＠５と一体に回転し、その結
果軸１３を介して各遊尾液１４および遊星歯車１６もキ
ャリヤ１２と共に回動する。

しかしてこの場合太陽歯車２０のクランク＠５に対する
偏心ｍはＯであり、また各遊尾液１４をその偏心量１ａ
において枢支している各軸１３はキャリヤ１２のクラン
ク＠５を中心とする同一円周上に配置されているから、
太陽歯車２０の中心（クランク軸５の中心）Ｏ＋と、各
遊尾液１４の中心０２を結ぶ直線と、中心０２と、軸１
３の中心０３を結ぶ直線との交角ｅは、遊尾液１４のど
の位相においても不変である。したがってキャリヤ１２
が回転しても、各遊尾液１４はキャリヤ１２に対しては
全く回転しない。

しかしながら各遊星歯車１６は太陽歯車２０とそれぞれ
噛合しているため、この太陽歯車２０の負荷抵抗によっ
て各遊星歯車１６は第４図において時計方向に回転しよ
うとするが、この回転はラチェット１５ａと爪１５ｂか
ら成る一方向クラッチ１５の作用によって阻止される。

したがって太陽歯車２０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４図の矢印Ａ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、第２図に示す偏心状態にした
場合は、クランク軸５の矢印六方向の回転にともなって
、前述したようにキャリヤ１２が軸５と一体的に回転し
、その結果各週尾液１４も軸１３と共に回動するが、こ
の場合各週星歯車１６が噛合している太陽歯車２０は軸
５に対して偏心しているから、各遊尾液１４はキャリヤ
１２に対しても時々刻々回動する。

すなわら太陽歯車２０の中心を０１とし、Ｍ尾液１４の
中心を０２とし、軸１３の中心を０３とすると、ＺＯ１
０２Ｑ３であるθは、第４図の場合常に一定であるが、
第２図の場合はそれぞれｅｌ　、　ｅ２　。

ｅ３．θ４．ｅｓ、ｅｓのように変化する。そして相互
間にはθ蒐＜ｅ２＜ｅ］＜ｅ、＞θ、〉ｅ６＞ｅ、の関
係が生ずる。

すなわらｅｌ、ｅ２．θ３．θ噂間の遊尾液１４は矢印
Ｂ方向に自転すると共に、軸５を中心として矢印六方向
に公転する。またθ＜、ｅｌ５．ｅｌ６゜０１間の遊尾
液１４は矢印Ｃ方向に自転すると共に、軸５を中心とし
て矢印六方向に公転する。しかして矢印Ｃ方向の遊尾液
１４の回転は、一方向クラッチ１５を介してＭＵ歯車１
６に伝わり、矢印Ｂ方向の遊尾液１４の回転は、一方向
クラッチ１５の作用により遊星歯車１らには伝わらない
から、結局矢印Ｃ方向の最高速の遊星歯車１６の回転が
太陽歯車２０に伝わり、太陽歯車２０は矢印六方向に増
速されて回転する。

なおこの場合本実施例では遊星歯車１６が６個あるため
、回転増速域にない遊星歯＠１６は遊尾液１４によって
は駆動されないが、前記した一方向クラッチ１５の作用
によって６個の遊星歯車１６の中、その時最高の増速域
にあるＩＩＩ！ａの遊星歯車１６のみが太陽歯車２０を
駆動し、残りの５個の遊星歯車１６は、逆にその太陽歯
車２０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１５ａは爪＋５ｂに対し
てすべって回転することになる。

第６図の波形曲線りは縦座標に変速比をとり、横座標に
クランク軸５の回転角度をとって示した遊尾液１４の変
速特性を示すものである。図中基線Ｅはキャリヤ１２の
矢印へ方尚の回転速度を示すもので、この基線Ｅより下
側の波形曲線りの範囲はＭ尾液１４ノ減速範囲（ｅ＋　
、ｅｌ、ｅｘ、ｅｓの範囲）を示し、基線Ｅより上側の
波形曲線りの範ｅ　ｔｔ　ｉ　ｉ核１４ノ増速範囲（ｅ
４．θ５．ｅ、。

ｅｌの範囲）を示すものである。

また第７図は６個の遊星歯車１６による増速駆動状態を
示すもので、その増速特性はＤ１〜Ｄ６の連続した曲線
によって示される。なお第７図の座標は第６図と同じで
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ざ
くするためには、遊星歯車１６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１１１６を使用して
いるため、各遊星歯車１６の太陽歯車２０に対する駆動
域はそれぞれ約６０度となる。したがって第７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。

なお第７図におけるＤ１〜Ｄ６の各駆動域の移り変り部
分において、各遊星歯車１６と太陽歯車２０との噛合点
にバックラッシュがある場合は、遊星歯車１６が被動状
態から駆動状態に移り変った時に、前記バックラッシュ
に起因して伝動系中に撮動が発生するが、本発明装置の
各遊星歯車１６は、コイルばね２８の作用によって常に
太陽歯車２０に圧接されているため、バックラッシュが
なくなっているから、前記した撮動が生ずることはない
。

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、前述したアウターワイヤ２４とインナ
ーワイヤ２５による偏心操作量を、第４図および第２図
の中間の任意口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。

（発明の効果） つぎに本発明装置の効果を説明する。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
ンク軸に装備するようにしたから、クランクギヤと接輪
用スプロケットとの直径比を大きくとれる上に、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各遊星歯車を太陽歯車と噛
合させて伝動するものであるから、各遊星歯車と太陽歯
車との噛合点にバックラッシュが存在すると、それが増
速伝動時の駆動遊星歯車の移り変り時に、伝動系中に振
動を生ずる原因にな、　っていたが、本発明においては
、各遊星歯車をばねの作用によって常に太陽歯車に弾性
的に圧接させるようにしたから、太陽歯車と各遊星歯車
との噛合部におけるバックラッシュがなくなる。したが
って本発明装置は、伝動系中に前記した撮動が発生する
おそれがなくなるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の分解斜視図、 第２図は本発明装置の一部を切欠状態で示す正面図、 第３図は第、２図の縦断側面図、 第４図は第２図の偏心Ｏの状態を示す正面図、第５図は
本発明装置を付した自転車の側面図、第６図は本発明装
置の遊星液による変速特性図、第７図は６個の遊星歯車
と太陽歯車による贈速状態を示す増速特性図である。 ５・・・クランク軸　　　６・・・クランクアーム１２
・・・キ１？リヤ　　　　１３・・・軸１４・・・遊星
液　　　　　１５・・・一方向クラッチ１６・・・遊星
歯車　　　　１７・・・内側偏心カム１９・・・外側偏
心カム　　２０・・・太陽歯車２１・・・クランクギヤ
　　２４・・・アウターワイヤ２５・・・インナーワイ
ヤ　２８・・・コイルばね第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、自転車のクランク軸にキャリヤを固定し、このキャ
   リヤの同一円周上に複数の軸を配設し、これらの軸にそ
   れぞれ遊星核を偏心位置において回転自在に嵌合し、こ
   れらの各遊星核に一方向クラッチを介して遊星歯車を一
   方向にのみ回転できるように嵌装し、前記クランク軸に
   クランクギヤと一体の太陽歯車をクランク軸に対して偏
   心および回転自在に設け、前記各遊星歯車が常に前記太
   陽歯車と圧接するように付勢した事を特徴とする自転車
   用無段変速装置。