(57)【要約】【課題】遊星歯車機構を構成する駆動側スプロケットの内歯歯車とそれに噛み合う遊星歯車、及び太陽歯車の歯のピッチをそれぞれ自由に設定できるようにする。  【解決手段】入力側の回転軸１に太陽歯車２を一体回転可能に設け、その外径側に内歯歯車１４を有するスプロケット６を前記回転軸１に対し相対回転可能に設けて出力側とする。前記太陽歯車２と前記スプロケット６の内歯歯車１４との間に遊星歯車１５を配置して、その遊星歯車１５と前記内歯歯車１４とを噛み合わせる。前記遊星歯車１５は、遊星支軸１６周りの回転のみ許容されて前記太陽歯車２周りに公転しないようにし、前記太陽歯車２と前記遊星歯車１５とを連結するリンクロッド２０によって、前記太陽歯車２から遊星歯車１５へ駆動力を伝達させる。駆動力をリンクロッド２０を介して遊星歯車１５に伝達すれば、その太陽歯車２と遊星歯車１５とは相互に噛み合わないので、歯のピッチをそれぞれ自由に設定できる。【選択図】図１
2008143420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側の回転軸１に太陽歯車２を設けてその太陽歯車２を前記回転軸１と一体に回転可能とし、前記太陽歯車２の外径側に、内歯歯車１４を有するスプロケット６を前記回転軸１と同軸に設けて出力側とするとともに、そのスプロケット６を前記回転軸１に対し相対回転可能とし、前記太陽歯車２と前記スプロケット６の内歯歯車１４との間に遊星歯車１５を配置してその遊星歯車１５と前記内歯歯車１４とを噛み合わせ、前記遊星歯車１５は、その遊星歯車１５を支持する遊星支軸１６周りの回転のみ許容されて前記太陽歯車２周りに公転しないようになっており、
前記入力側の回転軸１を通じて太陽歯車２に作用する駆動力を、前記太陽歯車２と前記遊星歯車１５とを連結するリンクロッド２０によって前記遊星歯車１５へ伝達可能としたことを特徴とする自転車の駆動機構。
【請求項２】
入力側の回転軸１に太陽歯車２を設けてその太陽歯車２を前記回転軸１と一体に回転可能とし、前記太陽歯車２の外径側に、内歯歯車１４を有するスプロケット６を前記回転軸１と同軸に設けて出力側とするとともに、そのスプロケット６を前記回転軸１に対し相対回転可能とし、前記太陽歯車２と前記スプロケット６の内歯歯車１４との間に複数の遊星歯車１０，１５を径方向に並列して配置し、前記各遊星歯車１０，１５は、それぞれその遊星歯車１０，１５を支持する各遊星支軸１１，１６周りの回転のみ許容されて前記太陽歯車２周りに公転しないようになっており、前記各遊星歯車１０，１５のうち最外径側に位置する遊星歯車１５と前記内歯歯車１４とを噛み合わせるとともに他の遊星歯車１０と前記太陽歯車２とは連動して回転するようにし、
前記入力側の回転軸１を通じて太陽歯車２に作用する駆動力を、前記他の遊星歯車１０及び前記他の遊星歯車１０と前記最外径側の遊星歯車１５とを連結するリンクロッド２０によって前記最外径側に位置する遊星歯車１５へ伝達可能としたことを特徴とする自転車の駆動機構。
【請求項３】
前記内歯歯車１４に噛み合う遊星歯車１５を支持する遊星支軸１６周りに補助太陽歯車２２を軸周り不動に固定し、前記補助太陽歯車２２と前記遊星歯車１５に設けた補助内歯歯車２４との間に補助遊星歯車２５を配置し、前記補助遊星歯車２５は、その補助遊星歯車２５を支持する遊星支軸２６周りの回転が許容されるとともに前記補助太陽歯車２２周りに公転するようになっており、前記リンクロッド２０は、前記補助遊星歯車２５を支持する遊星支軸２６を介して前記内歯歯車１４に噛み合う遊星歯車１５に連結されることを特徴とする請求項１又は２に記載の自転車の駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自転車のペダルに加えられるトルクを走行装置に伝える自転車の駆動機構に関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
従来の自転車に使用される駆動機構は、自転車の運転者が足でペダルを踏み込むことにより駆動側スプロケットをクランク軸周り一体に回転させ、その駆動側スプロケットに噛み合うチェーンを介して、後輪の車軸に設けた従動側スプロケットを回転させて、その後輪を駆動させる機構となっている。
【０００３】
ペダルに作用する踏力は、そのペダルのクランクの長さを長くすれば、中心のクランク軸に対し、より大きな回転力として伝達される。一方、そのクランク軸と一体に回転する駆動側スプロケットの半径を小さくすれば、前記回転力は、駆動側スプロケットの外周の接線方向に、より大きなトルク（駆動力）を生じさせて、チェーンを強い力で駆動し得るようになる。  
【０００４】
この駆動機構において、クランクの長さを長くするには、搭乗者の足の長さや接地の問題から限界がある。このため、クランクを延長することなく大きなトルクを確保、すなわち、ペダルを軽く回して増速できるようにするためには、上記のように両スプロケットの歯数の比率、すなわち、駆動側（入力側）の歯車の歯数を少なくし、従動側（出力側）の歯車は歯数を多くすることになる。
しかし、歯数を少なくするには、チェーンとの噛合い等の問題で限界があり、また、歯数を多くするにもスペースの都合上制限がある。
また、駆動側と従動側との間の減速段数を増やしてその減速比を大きくしようとすると、その駆動機構が大型化するという問題がある。
【０００５】
このため、例えば、駆動側スプロケットの内径部に、太陽歯車と遊星歯車を配置して減速段数を増やしたものがある。
その構成は、例えば、特許文献１及び特許文献２に示すように、スプロケットの内径側にクランク軸と同軸心の太陽歯車を回転不能に設け、その太陽歯車に噛み合う遊星歯車を、ペダルに作用する踏力によって前記太陽歯車の周囲に公転可能とし、前記スプロケットの内周にその遊星歯車に噛み合う内歯を設けて、遊星歯車の公転とともにスプロケットを回転させるようにしたものである。
駆動側スプロケットの内径側に設けた太陽歯車と遊星歯車を介して減速段数を増やすことができるので、駆動機構がコンパクトである（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−７９９８４号公報
【特許文献２】特開２００５−２８０５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記駆動機構によれば、駆動側スプロケットの内歯歯車、太陽歯車、遊星歯車が相互に噛み合っているので、歯のピッチをすべて同一にしなければならないという問題がある。  大径の駆動側スプロケットに対し、相対的に小径となる太陽歯車や遊星歯車の歯数が小さいと、例えば、歯の干渉の問題が生じやすいので、歯のピッチはそれぞれ自由に設定できることが好ましい。
【０００８】
そこで、駆動側スプロケットの内歯歯車、太陽歯車、遊星歯車相互間の歯のピッチを違えるために、例えば、歯のピッチの異なる二つの遊星歯車を同軸に並列させて一体回転可能とし、一方の遊星歯車を太陽歯車に噛み合わせるとともに、他方の遊星歯車を駆動側スプロケットの内歯歯車に噛み合わせるという手法が考えられる。
しかし、この手法によると歯ピッチの異なる遊星歯車が同軸に並列するので、駆動装置が複雑になるとともに、その装置の幅（クランク軸の軸方向の長さ）が大きくなってしまうという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明は駆動側スプロケットの内径側に設けた太陽歯車と遊星歯車を介して駆動機構の減速段数を増やすに際し、その駆動側スプロケットの内歯歯車とそれに噛み合う遊星歯車、及び太陽歯車の歯のピッチをそれぞれ自由に設定できる自転車の駆動機構とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、この発明は、入力側である太陽歯車周囲に配置される遊星歯車を自転可能、公転不能に固定して、その遊星歯車を出力側である駆動側スプロケットの内歯歯車に噛み合わせ、ペダルに加えられた踏力による太陽歯車の駆動力を、リンクロッドを介して前記遊星歯車に伝達するようにしたものである。
【００１１】
太陽歯車の駆動力を、リンクロッドを介して遊星歯車に伝達すれば、その太陽歯車と遊星歯車とは相互に噛み合わないので、歯のピッチをそれぞれ自由に設定し得る。
すなわち、出力側である駆動側スプロケットの内歯歯車とそれに噛み合う遊星歯車、及び入力側である太陽歯車の歯のピッチをそれぞれ自由に設定できるようになる。
【００１２】
なお、遊星歯車の数は、径方向に二つ、三つ、あるいはそれ以上並列させてもよい。遊星歯車を径方向へ複数並列させる場合は、駆動側スプロケットの内歯歯車に噛み合う最外径側の遊星歯車を、そのすぐ内側に位置する他の遊星歯車とリンクロッドで接続する。
このとき、前記最外径側の遊星歯車の歯ピッチは、その駆動側スプロケットの内歯歯車の歯ピッチと同一とし、その最外径側の遊星歯車とリンク接続される他の遊星歯車の歯ピッチは、相互に連動して回転する太陽歯車の歯ピッチと同一としてよい。
【００１３】
また、その径方向へ並列する遊星歯車群は、入力側である回転軸（太陽歯車）周りに放射状に複数組配置してもよい。放射状に複数組配置されていれば、その太陽歯車から駆動側スプロケットへの回転の伝達が安定するので好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、駆動側スプロケットの内径側に設けた太陽歯車と遊星歯車を介して駆動機構の減速段数を増やすに際し、その駆動側スプロケットの内歯歯車とそれに噛み合う遊星歯車、及び太陽歯車の歯のピッチをそれぞれ自由に設定できる自転車の駆動機構とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態は、図６に示すように、自転車のペダルに加えられるトルクを走行装置に伝える自転車の駆動機構である。
【００１６】
その構成は、図１乃至図３に示すように、ペダル５を有するクランク７が接続された入力側の回転軸（クランク軸）１に、出力側として機能するスプロケット６が前記回転軸１と同軸に設けられている。
スプロケット６は、その全周にチェーン８と噛み合い可能な外向きの歯６ａを有し、また、その内径部には、内向きの歯１４ａを有する内歯歯車１４が一体に設けられている。このスプロケット６は、前記回転軸１と軸周り相対回転可能であり、自転車の後輪の車軸３にワンウェイクラッチ（図示せず）を介して設けた従動側スプロケット（フリーホイール）４に、環状のチェーン８で結ばれている。
【００１７】
その回転軸１と同軸に太陽歯車２が設けられている。太陽歯車２は、その全周に外向きの歯２ａを有し、前記回転軸１と一体に回転可能となっている。
【００１８】
前記太陽歯車２と前記スプロケット６の内歯歯車１４との間に二つの遊星歯車１０，１５が径方向に並列して配置されている。各遊星歯車１０，１５は、それぞれその全周に外向きの歯１０ａ，１５ａを有している。
その各遊星歯車１０，１５は、それぞれその遊星歯車１０，１５をベースプレートＢに支持する各遊星支軸１１，１６周りの回転（自転）のみ許容されて、その各遊星歯車１０，１５の位置は移動しない、すなわち前記太陽歯車２周りに公転しないで静止するタイプの遊星歯車となっている。
【００１９】
なお、ベースプレートＢは、図２に示すように、その中心に設けたボス孔１８が、自転車のフレームに設けた筒状のボス部１９外周に嵌められて、車体側に不動に固定されているものである。
【００２０】
前記各遊星歯車１０，１５のうち、外径側に位置する遊星歯車１５の歯１５ａと，前記内歯歯車１４の歯１４ａとは噛み合っており、また、内径側に位置する遊星歯車１０と前記太陽歯車２とは、その歯１０ａ，２ａに噛み合う環状の駆動用ベルト１２を介して、連動して回転するようになっている。
なお、この太陽歯車２と内径側の遊星歯車１０とは、両者の歯２ａ，１０ａ同士が直接噛み合うようにしてもよいし、チェーン、リンク機構等を介して連動して回転するようにしてもよい。
【００２１】
前記外径側の遊星歯車１５をベースプレートＢに支持する遊星支軸１６周りに、補助太陽歯車２２が同軸に軸周り不動に固定されている。補助太陽歯車２２は、図２に示すように、前記外径側の遊星歯車１５の内径部に設けた空間にすっぽりと収納されるので、その補助太陽歯車２２が、遊星歯車１５の端面よりも幅方向（回転軸１の長さ方向）に突出しない態様となっている。
【００２２】
また、前記外径側の遊星歯車１５の内径部には、内向きの歯２４ａを有する補助内歯歯車２４が一体に設けられている。その補助内歯歯車２４と前記補助太陽歯車２２との間に、補助遊星歯車２５が配置される。前記補助遊星歯車２５は、その外周全周に外向きの歯２５ａを有し、その外向きの歯２５ａが前記補助内歯歯車２４の歯２４ａと補助太陽歯車２２の歯２２ａに噛み合っている。このため、補助遊星歯車２５は、その補助遊星歯車２５を支持する遊星支軸２６周りの回転が許容されるとともに前記補助太陽歯車２２周りに公転するようになっている。
【００２３】
また、その前記補助遊星歯車２５の軸中心に形成された挿通孔に、軸状のリンクロッド２０の一端２６が挿通されており、また、その他端２１が、前記内径側に位置する遊星歯車１０に形成された挿通孔に挿通されている。リンクロッド１０の前記一端２６は、前記補助遊星歯車２５の遊星支軸として機能し、そのリンクロッド２０を介して前記両遊星歯車１０，１５が連結される。
なお、前記補助遊星歯車２５の軸中心に形成された挿通孔と、前記内径側に位置する遊星歯車１０に形成された挿通孔とは、それぞれ対応する遊星支軸１１，１６の軸中心からの距離が同一となるように設定されており、その両遊星支軸１１，１６、リンクロッド２０の両端２１，２６とを４節点とする平行リンク機構として機能し、この平行リンク機構は、リンクロッド２０の両端２１，２６からなる節点が、それぞれ前記遊星支軸１１，１６の軸中心周り３６０度回転可能である。
【００２４】
また、前記両遊星支軸１１，１６間には、前記内外両遊星歯車１０，１５同士の位相のずれを防止する機構が備えられている。
具体的には、図２に示すように、前記内外両遊星歯車１０，１５の軸中心に形成されたキー溝を有する軸孔１０ｂ、１５ｂに、キーを備えた嵌合部材１１ｂ，１６ｂが相対回転不能に嵌められ、その両嵌合部材１１ｂ，１６ｂの先端に、前記内外両遊星歯車１０，１５と一体に回転する歯車１１ａ，１６ａが設けられている。その歯車１１ａ，１６ａは、環状の駆動用ベルト２３を介して連動して回転するようになっているので、前記内外両遊星歯車１０，１５同士の回転各速度は、常に同一となるように機能している。
ただし、この位相のずれを防止する機構は、必要に応じて省略することもできる。前記リンクロッド２０自身に、前記内外両遊星歯車１０，１５同士の回転各速度を同一とする機能を備えているからである。
【００２５】
この実施形態において、太陽歯車２の半径（外径）Ｒ２は２ｃｍに設定されており、その歯２ａは６ｍｍピッチである。遊星歯車１０，１５の半径（外径）Ｒ１０，Ｒ１５は、それぞれ２ｃｍ及び４ｃｍに設定されており、その歯１０ａ，１５ａはそれぞれ６ｍｍピッチ、１２ｍｍピッチである。
前記外径側に位置する遊星歯車１５の補助内歯歯車２４の半径（内径）Ｒ２４は３ｃｍに設定されており、補助太陽歯車２２の半径Ｒ２２は２ｃｍに、補助遊星歯車２５の半径（外径）Ｒ２５は１ｃｍに設定されている。その各歯２４ａ，２２ａ，２５ａは、いずれも６ｍｍピッチである。スプロケット６の内歯歯車１４の半径（内径）Ｒ１４は１２ｃｍに設定されており、その内向きの歯１４ａは、１２ｍｍピッチである。スプロケット６、従動側のスプロケット４の外向きの歯６ａ，４ａは、それぞれ１２ｍｍピッチである。スプロケット６の半径（外径）Ｒ６は１４ｃｍ、従動側のスプロケット４の半径（外径）Ｒ４は７ｃｍである。
なお、ここでは、説明を簡略化するため、前記各歯車の半径を、噛み合い部のピッチ円の径としている。
【００２６】
上記自転車の駆動機構の作用を説明すると、クランク７，７の回転軸１が矢印ａ方向へ回転し、太陽歯車２（外径Ｒ２＝２ｃｍ）が矢印ｂ方向へ回転（１回転）すると、駆動用ベルト１２を介して、内径側に位置する遊星歯車１０（外径Ｒ１０＝２ｃｍ）が矢印ｃの方向へ回転する。
【００２７】
リンクロッド２０を介して、補助遊星歯車２５が矢印ｄの方向へ移動し（公転し）、その移動に伴い、補助遊星歯車は矢印ｄ’のように回転する（自転する）。この公転及び自転により、前記外径側に位置する遊星歯車１５（外径Ｒ１５＝４ｃｍ）が矢印ｅ方向に回転する。このとき、遊星歯車１５は、矢印ｅ方向へ１回転する。
これは、図４に示すように、内径側に位置する遊星歯車１０が角度αだけ回転すると、外径側に位置する遊星歯車も角度αだけ回転するからである。なお、図中にハッチで指定した歯ＡとＡ’、ＢとＢ’、ＣとＣ’は、回転前後の同一の歯の位置を示す。
【００２８】
外径側に位置する遊星歯車１５の外径Ｒ１５が４ｃｍであるから、そのピッチ円における周長は８πである。スプロケット６の内歯歯車１４の内径Ｒ１４は１２ｃｍであるから、そのピッチ円における周長は２４πである。
したがって、外径側に位置する遊星歯車１５が１回転するのに伴い、スプロケット６は、（８π／２４π＝１／３）回転する。
【００２９】
すなわち、例えば、太陽歯車２が３回転すれば、スプロケット６は１回転することとなり、これは、通常の自転車の回転軸１と一体に設けたスプロケット６が１回転するのと同様の走行速度であることを示している。
このとき、太陽歯車２は、その外径Ｒ２が２ｃｍであるから、この太陽歯車２に生ずる力は、クランクの長さを１７ｃｍ、ペダルに作用する脚力（踏力）が３０ｋｇであるとすれば、５１０／２（ｋｇ）であるから、この５１０／２（ｋｇ）がスプロケット６に伝達される。つまり、太陽歯車２の歯２ａに生じた強大な力は、そのままスプロケット６の歯６ａに伝達され、大きな減速比を得られる。
一方、通常の自転車のスプロケット６を回転させる際には、そのスプロケット６が上記実施形態と同じ外径Ｒ６を有しているとすれば、同一の脚力（踏力）によって、５１０／６（ｋｇ）の力がスプロケット６に伝達されることになるので、相対的に小さい減速比の構成となる。
【００３０】
なお、後輪の従動側スプロケット４は、その半径（外径）Ｒ４が７ｃｍとなっているので、そのピッチ円の周長は１４π、スプロケット６の外径Ｒ６は１４ｃｍとなっているので、そのピッチ円の周長が２８πである。このため、スプロケット６の前記１／３回転に伴い、従動側スプロケット４は、（１／３×２８π／１４π＝２／３）回転することとなる。
すなわち、太陽歯車２の１回転に対し、後輪は２／３回転となる。
【００３１】
なお、他の実施形態として、前記内径側に位置する遊星歯車１０と前記外径側の遊星歯車１５とを直接にリンクロッド２０で連結した態様を採用してもよい。  
【００３２】
その構成は、図５に示すように、入力側の回転軸１、太陽歯車２、内歯歯車１４を有するスプロケット６の構成は、前述の実施形態と同様である。また、前記太陽歯車２と前記スプロケット６の内歯歯車１４との間に配置される内径側の遊星歯車１０、その内径側に位置する遊星歯車１０と前記太陽歯車２との回転を連動させる構成も同様である。
【００３３】
外径側に位置する遊星歯車１５は、前記内歯歯車１４の内向きの歯１４ａと噛み合う外向きの歯１５ａを有し、前記補助内歯歯車２４、補助太陽歯車２２、補助遊星歯車２５は省略されている。
また、その内外遊星歯車１０，１５には、リンクロッド２０の両端２１，２６がそれぞれ差し込まれて、内外遊星歯車１０，１５間に回転力が伝達可能な状態で連結されている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一実施形態の構造を示す説明図
【図２】図１の分解斜視図
【図３】図１の断面図
【図４】図１の作用を示す要部拡大図
【図５】図１の分解斜視図
【図６】図１の駆動機構を自転車に搭載した状態を示す説明図
【符号の説明】
【００３５】
１  回転軸（クランク軸）
２  太陽歯車
３  後輪の車軸
４  スプロケット（従動側スプロケット）
５  ペダル
６  スプロケット（駆動側スプロケット）
７  クランク
８  チェーン
１０，１５  遊星歯車
１１，１６  遊星支軸
１２，２３  駆動用ベルト
１４  内歯歯車
２０  リンクロッド
２１，２６  リンクロッドの端部
２２  補助太陽歯車
２４  補助内歯歯車
２５  補助遊星歯車
Ｂ  ベースプレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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