(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の歯面によって規定される第１の圧力角の大きさと第２の歯面によって規定される第２の圧力角の大きさとが異なる第１の歯を複数含む第１の歯車と、
第３の歯面によって規定される第３の圧力角の大きさと第４の歯面によって規定される第４の圧力角の大きさとが異なる第２の歯を複数含み、前記第１の歯車と噛み合う第２の歯車と、
第５の歯面によって規定される第５の圧力角の大きさと第６の歯面によって規定される第６の圧力角の大きさとが等しい第３の歯を複数含み、前記第１の歯車と一体で回転可能な第３の歯車と、
第７の歯面によって規定される第７の圧力角の大きさと第８の歯面によって規定される第８の圧力角の大きさとが等しい第４の歯を複数含み、前記第３の歯車と噛み合う第４の歯車と、
第１３の歯面によって規定される第１３の圧力角の大きさと第１４の歯面によって規定される第１４の圧力角の大きさとが等しい第７の歯を複数含み、前記第３の歯車と噛み合う第７の歯車と、
前記第１の歯車、前記第２の歯車、前記第３の歯車、前記第４の歯車、および、前記第７の歯車を含む第１の遊星歯車機構と、
前記第２の歯車および前記第７の歯車を支持する支持軸と、
前記支持軸に対する前記第２の歯車および前記第７の歯車の回転を制御する制御機構と、を備え、
前記第１の圧力角は、前記第２の圧力角よりも大きく、
前記第３の圧力角は、前記第４の圧力角よりも大きく、
前記第１の歯車は、第１のプラネタリギアを構成し、
前記第２の歯車は、第１のサンギアを構成し、
前記第３の歯車は、第２のプラネタリギアを構成し、
前記第４の歯車は、第１のリングギアを構成し、
前記第７の歯車は、第３のサンギアを構成し、
前記第１の歯車および前記第３の歯車は、第１の段付歯車を構成し、
前記第１の歯車の前記第１の歯面は、動力を伝達するように前記第２の歯車に接触する駆動面であり、
前記第１の歯車の前記第２の歯面は、他の歯車に接触しない非駆動面であり、
前記第３の歯車の前記第５の歯面は、動力を伝達するように前記第４の歯車および前記第７の歯車の一方に接触する駆動面であり、
前記第３の歯車の前記第６の歯面は、動力を伝達するように前記第４の歯車および前記第７の歯車の他方に接触する駆動面である、自転車用変速機構。
【請求項２】
前記第１の歯車および前記第２の歯車は平歯車である、請求項１に記載の自転車用変速機構。
【請求項３】
第５の歯面によって規定される第５の圧力角の大きさと第６の歯面によって規定される第６の圧力角の大きさとが等しい第３の歯を複数含み、前記第１の歯車と一体で回転可能な第３の歯車と、
第７の歯面によって規定される第７の圧力角の大きさと第８の歯面によって規定される第８の圧力角の大きさとが等しい第４の歯を複数含み、前記第３の歯車と噛み合う第４の歯車とをさらに含む、請求項１または２に記載の自転車用変速機構。
【請求項４】
前記第１の歯車および前記第３の歯車は、一体に形成されている、請求項３に記載の自転車用変速機構。
【請求項５】
前記第１の歯車に含まれる前記第１の歯の数と前記第３の歯車に含まれる前記第３の歯の数とが異なる、請求項３または４に記載の自転車用変速機構。
【請求項６】
第９の歯面によって規定される第９の圧力角の大きさと第１０の歯面によって規定される第１０の圧力角の大きさとが異なる第５の歯を複数含み、前記第１の歯車と一体で回転可能な第５の歯車と、
第１１の歯面によって規定される第１１の圧力角の大きさと第１２の歯面によって規定される第１２の圧力角の大きさとが異なる第６の歯を複数含み、前記第５の歯車と噛み合う第６の歯車とをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自転車用変速機構。
【請求項７】
前記第５の歯車および前記第６の歯車は、前記第１の遊星歯車機構に含まれ、前記第５の歯車は第３のプラネタリギアを構成し、前記第６の歯車は第２のサンギアおよび第２のリングギアのいずれか一方を構成する、請求項６に記載の自転車用変速機構。
【請求項８】
前記第９の圧力角は、前記第１０の圧力角よりも大きく、
前記第１１の圧力角は、前記第１２の圧力角よりも大きく、
前記第９の歯面と前記第１１の歯面とが接触するように前記第５の歯車と前記第６の歯車とが噛み合い可能である、請求項６または７に記載の自転車用変速機構。
【請求項９】
前記第１の歯車および前記第５の歯車は、一体に形成されている、請求項６〜８のいずれか一項に記載の自転車用変速機構。
【請求項１０】
前記第１の歯車に含まれる前記第１の歯の数と前記第５の歯車に含まれる前記第５の歯の数とが異なる、請求項６〜９のいずれか一項に記載の自転車用変速機構。
【請求項１１】
前記第３の歯車に含まれる前記第３の歯の数と前記第５の歯車に含まれる前記第５の歯の数とが異なる、請求項３を引用する請求項１０に記載の自転車用変速機構。
【請求項１２】
前記第１の遊星歯車機構に連結される第２の遊星歯車機構をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の自転車用変速機構。
【請求項１３】
前記第１の圧力角および前記第３の圧力角は、２０度以上であり、
前記第２の圧力角および前記第４の圧力角は、２０度未満である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自転車用変速機構。
【請求項１４】
前記第１の圧力角および前記第３の圧力角は、３０度以上であり、
前記第２の圧力角および前記第４の圧力角は、１７度未満である、請求項１３に記載の自転車用変速機構。
【請求項１５】
前記第１の歯車および前記第２の歯車は、クランク軸およびモータの少なくとも一方から伝達される回転を変速する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の自転車用変速機構。
【請求項１６】
後輪のハブに設けられる内装変速機を構成する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の自転車用変速機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車およびこれを備える自転車用変速機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
変速機構を備える自転車用コンポーネントが知られている。特許文献１の自転車用ドライブユニットは、遊星歯車機構を含む変速機構を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第３１９４８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、変速機構の小型化について特に検討していない。このため、特許文献１の変速機構は小型化の点において改善の余地を含む。
本発明の目的は、自転車用コンポーネントの小型化に寄与する歯車およびこれを備える自転車用変速機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔１〕本発明に従う自転車用変速機構の一形態は、第１の歯面によって規定される第１の圧力角の大きさと第２の歯面によって規定される第２の圧力角の大きさとが異なる第１の歯を複数含む第１の歯車と、第３の歯面によって規定される第３の圧力角の大きさと第４の歯面によって規定される第４の圧力角の大きさとが異なる第２の歯を複数含み、前記第１の歯車と噛み合う第２の歯車とを備える。
【０００６】
〔２〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第１の圧力角は、前記第２の圧力角よりも大きく、前記第３の圧力角は、前記第４の圧力角よりも大きく、前記第１の歯面と前記第３の歯面とが接触するように前記第１の歯車と前記第２の歯車とが噛み合う。
【０００７】
〔３〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第１の歯車および前記第２の歯車は平歯車である。
〔４〕前記自転車用変速機構の一例によれば、第５の歯面によって規定される第５の圧力角の大きさと第６の歯面によって規定される第６の圧力角の大きさとが等しい第３の歯を複数含み、前記第１の歯車と一体で回転可能な第３の歯車と、第７の歯面によって規定される第７の圧力角の大きさと第８の歯面によって規定される第８の圧力角の大きさとが等しい第４の歯を複数含み、前記第３の歯車と噛み合う第４の歯車とをさらに含む。
【０００８】
〔５〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第１の歯車および前記第３の歯車は、一体に形成されている。
〔６〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第１の歯車に含まれる前記第１の歯の数と前記第３の歯車に含まれる前記第３の歯の数とが異なる。
【０００９】
〔７〕前記自転車用変速機構の一例によれば、第９の歯面によって規定される第９の圧力角の大きさと第１０の歯面によって規定される第１０の圧力角の大きさとが異なる第５の歯を複数含み、前記第１の歯車と一体で回転可能な第５の歯車と、第１１の歯面によって規定される第１１の圧力角の大きさと第１２の歯面によって規定される第１２の圧力角の大きさとが異なる第６の歯を複数含み、前記第５の歯車と噛み合う第６の歯車とをさらに含む。
【００１０】
〔８〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第９の圧力角は、前記第１０の圧力角よりも大きく、前記第１１の圧力角は、前記第１２の圧力角よりも大きく、前記第９の歯面と前記第１１の歯面とが接触するように前記第５の歯車と前記第６の歯車とが噛み合う。
【００１１】
〔９〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第１の歯車および前記第５の歯車は、一体に形成されている。
〔１０〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第１の歯車に含まれる前記第１の歯の数と前記第５の歯車に含まれる前記第５の歯の数とが異なる。
【００１２】
〔１１〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第３の歯車に含まれる前記第３の歯の数と前記第５の歯車に含まれる前記第５の歯の数とが異なる。
〔１２〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第１の歯車および前記第２の歯車は、第１の遊星歯車機構に含まれ、前記第１の歯車は第１のプラネタリギアを構成し、前記第２の歯車は第１のサンギアおよび第１のリングギアの一方を構成する。
【００１３】
〔１３〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第３の歯車および前記第４の歯車は、前記第１の遊星歯車機構に含まれ、前記第３の歯車は第２のプラネタリギアを構成し、前記第４の歯車は前記第１のサンギアおよび前記第１のリングギアの他方を構成する。
【００１４】
〔１４〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第５の歯車および前記第６の歯車は、前記第１の遊星歯車機構に含まれ、前記第５の歯車は第３のプラネタリギアを構成し、前記第６の歯車は第２のサンギアおよび第２のリングギアのいずれか一方を構成する。
【００１５】
〔１５〕前記自転車用変速機構の一例によれば、第１３の歯面によって規定される第１３の圧力角の大きさと第１４の歯面によって規定される第１４の圧力角の大きさとが等しい第７の歯を複数含み、前記第３の歯車と噛み合う第７の歯車と、前記第２の歯車および前記第７の歯車を支持する支持軸と、前記支持軸に対する前記第２の歯車および前記第７の歯車の回転を制御する制御機構とをさらに含み、前記第２の歯車は前記第１のサンギアを構成し、前記第７の歯車は前記第１の遊星歯車機構に含まれ、第３のサンギアを構成する。
【００１６】
〔１６〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第１の遊星歯車機構に連結される第２の遊星歯車機構をさらに含む。
〔１７〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第１の圧力角および前記第３の圧力角は、２０度以上であり、前記第２の圧力角および前記第４の圧力角は、２０度未満である。
【００１７】
〔１８〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第１の圧力角および前記第３の圧力角は、３０度以上であり、前記第２の圧力角および前記第４の圧力角は、１７度未満である。
【００１８】
〔１９〕前記自転車用変速機構の一例によれば、前記第１の歯車および前記第２の歯車は、クランク軸およびモータの少なくとも一方から伝達される回転を変速する。
〔２０〕前記自転車用変速機構の一例によれば、後輪のハブに設けられる内装変速機を構成する。
【００１９】
〔２１〕本発明に従う歯車の一形態は、第１の歯面によって規定される第１の圧力角の大きさと第２の歯面によって規定される第２の圧力角の大きさとが異なる第１の歯を複数含む第１の歯車と、第５の歯面によって規定される第５の圧力角の大きさと第６の歯面によって規定される第６の圧力角の大きさとが等しい第３の歯を複数含み、前記第１の歯車と一体に形成されている第３の歯車とを含む。
【００２０】
〔２２〕前記歯車の一例によれば、前記第１の歯車に含まれる前記第１の歯の歯数と前記第３の歯車に含まれる前記第３の歯の歯数とが異なる。
【発明の効果】
【００２１】
上記自転車用変速機構、および、その歯車によれば、自転車用コンポーネントを小型化しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態の自転車用変速機構を備える電動アシスト自転車の一部の側面図。
【図２】図１の２−２線の断面図。
【図３】図２の３−３線の断面図。
【図４】図２の４−４線の断面図。
【図５】図２の５−５線の断面図。
【図６】図２の６−６線の断面図。
【図７】図１の各構成要素と変速段との関係図。
【図８】第２の実施形態の変速機構の断面図。
【図９】第３の実施形態の変速機構の断面図。
【図１０】変形例の自転車用変速機構の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、自転車用変速機構（以下では「変速機構３６」という。）を備える電動アシスト自転車に関する側面図である。図１は、電動アシスト自転車の駆動システムに関する部分を示している。自転車１０は、一対のクランクアーム１２、一対のペダル１４、フロントスプロケット１６、リアスプロケット１８、チェーン２０、ドライブユニット２４、クランク軸２６、および、ハブ３０を備える。ハブ３０は、変速機構３６を含む自転車用コンポーネントの一例である。ハブ３０は、支持軸２２を含む。ハブ３０は、自転車１０の後輪（図示略）に設けられる。支持軸２２は、ハブ軸であり、自転車１０の後輪の車軸を構成している。ドライブユニット２４は、モータ２８を含む。
【００２４】
自転車１０のフレーム（図示略）は、ドライブユニット２４を支持している。ドライブユニット２４は、クランクアーム１２を支持している。クランクアーム１２は、ドライブユニット２４およびフレームに対して回転可能である。クランクアーム１２は、ペダル１４を支持している。ペダル１４は、ペダル本体１４Ａとペダル軸１４Ｂとを含む。ペダル軸１４Ｂは、クランクアーム１２に固定される。ペダル本体１４Ａは、クランクアーム１２に対してペダル軸１４Ｂまわりに回転可能である。フロントスプロケット１６は、クランク軸２６に連結されている。フロントスプロケット１６は、クランク軸２６に直接連結されていてもよく、例えばワンウェイクラッチおよびスリーブ等の他の部材を介して連結されていてもよい。クランク軸２６およびフロントスプロケット１６は、同軸上に設けられる。ハブ３０は、リアスプロケット１８を支持している。リアスプロケット１８は、支持軸２２の軸線まわりに回転可能である。チェーン２０は、フロントスプロケット１６とリアスプロケット１８とに巻き掛けられている。
【００２５】
ペダル１４に人力駆動力が加えられることによって、クランクアーム１２およびクランク軸２６が一体で回転する。クランク軸２６の回転にともない、フロントスプロケット１６、チェーン２０、リアスプロケット１８、および、ハブ３０によって自転車１０の後輪が回転する。ドライブユニット２４は、フロントスプロケット１６およびチェーン２０を介してモータ２８の回転をハブ３０に伝達する。
【００２６】
図２は、図１に示される２−２線に沿うハブ３０およびリアスプロケット１８の半裁断面図である。ハブ３０は、ハブシェル３２、入力部３４、および、変速機構３６を含む。変速機構３６は、ハブ３０に設けられる内装変速機を構成している。変速機構３６は、支持軸２２、制御機構４０、および、遊星歯車機構５２を含む。ハブシェル３２は、出力部３２Ａを含む。出力部３２Ａは、支持軸２２の軸線方向に間隔をあけてハブシェル３２に設けられ、スポーク（図示略）に連結されるフランジである。遊星歯車機構５２および制御機構４０の少なくとも一部は、ハブシェル３２に収容されている。制御機構４０は、遊星歯車機構５２の構成要素の回転を選択的に規制する。
【００２７】
遊星歯車機構５２は、第１の遊星歯車機構５４、および、第２の遊星歯車機構５６を含む。第２の遊星歯車機構５６は、第１の遊星歯車機構５４に連結される。支持軸２２は、入力部３４を支持している。入力部３４は、支持軸２２の軸線まわりに回転可能である。リアスプロケット１８は、支持軸２２の一方の端部で、入力部３４に着脱可能に取り付けられている。遊星歯車機構５２は、入力部３４から入力される回転を変速して、出力部３２Ａに伝達する。
【００２８】
第１の遊星歯車機構５４は、複数の第１の段付歯車６０、第２の歯車７４、第４の歯車７８、第６の歯車８２、第７の歯車８６、キャリア１００、および、第１のプラネタリピン１０２を含む。第１の段付歯車６０は、第１の歯車６２、第３の歯車６６、および、第５の歯車７０を備えている。第１の歯車６２、第３の歯車６６、および、第５の歯車７０は、一体に形成されている。
【００２９】
第１の歯車６２は、第１のプラネタリギアを構成している。第３の歯車６６は、第２のプラネタリギアを構成している。第５の歯車７０は、第３のプラネタリギアを構成している。第３の歯車６６、第１の歯車６２、および、第５の歯車７０の外径および歯数は互いに異なる。各歯車６２、６６、７０の外径は、第３の歯車６６の外径、第１の歯車６２の外径、第５の歯車７０の外径の順に小さい。各歯車６２、６６、７０の歯数は、第３の歯車６６の歯数、第１の歯車６２の歯数、第５の歯車７０の歯数の順に少ない。
【００３０】
第２の歯車７４は、第１のサンギアを構成している。第６の歯車８２は、第２のサンギアを構成している。第７の歯車８６は、第３のサンギアを構成している。第４の歯車７８は、第１のリングギアを構成している。各歯車７４、８２、８６は、第６の歯車８２、第２の歯車７４、第７の歯車８６の順に外径が小さく、かつ、歯数が少ない。
【００３１】
第１の歯車６２は、第２の歯車７４の外周側に設けられる。第１の歯車６２は、第２の歯車７４と噛み合っている。第３の歯車６６は、第４の歯車７８の内周側に設けられる。第３の歯車６６と第４の歯車７８とは噛み合っている。第３の歯車６６は、第７の歯車８６の外周側に設けられる。第３の歯車６６と第７の歯車８６とは噛み合っている。第５の歯車７０は、第６の歯車８２の外周側に設けられる。第５の歯車７０と第６の歯車８２とは噛み合っている。
【００３２】
第２の遊星歯車機構５６は、複数の第２の段付歯車９０、第９の歯車９６、第１１の歯車９８、キャリア１００、および、第２のプラネタリピン１０４を含む。第２の段付歯車９０は、第８の歯車９２および第１０の歯車９４を含む。第８の歯車９２および第１０の歯車９４は、第２の遊星歯車機構５６のプラネタリギアを構成している。第９の歯車９６は、第２の遊星歯車機構５６のサンギアを構成している。第８の歯車９２は、第９の歯車９６の外周側に設けられる。第９の歯車９６は、第８の歯車９２と噛み合っている。第１１の歯車９８は、第２の遊星歯車機構５６のリングギアを構成している。第１０の歯車９４は、第１１の歯車９８の内周側に設けられる。第１１の歯車９８は、第１０の歯車９４と噛み合っている。第８の歯車９２の外径は、第１０の歯車９４の外径よりも小さい。第８の歯車９２の歯数は、第１０の歯車９４の歯数よりも少ない。
【００３３】
支持軸２２は、ハブシェル３２および入力部３４を回転可能に支持している。ハブシェル３２は、入力部３４に回転可能に支持されている。支持軸２２は、第２の歯車７４、第６の歯車８２、第７の歯車８６、および、第９の歯車９６を支持している。支持軸２２は、各歯車７４、８２、８６、９６と同軸に設けられている。各歯車７４、８２、８６、９６は、入力部３４側から支持軸２２の軸線に沿う方向に沿って第９の歯車９６、第７の歯車８６、第２の歯車７４、第６の歯車８２の順に設けられる。各歯車７４、８２、８６は、支持軸２２の軸線まわりに回転可能である。第４の歯車７８は、第１の段付歯車６０の外周側に設けられる。第９の歯車９６は、支持軸２２に固定して設けられる。ハブ３０は、第１のワンウェイクラッチ３８Ａおよび第２のワンウェイクラッチ３８Ｂを含む。第１のワンウェイクラッチ３８Ａは、キャリア１００とハブシェル３２との間に設けられる。第２のワンウェイクラッチ３８Ｂは、第４の歯車７８とハブシェル３２との間に設けられる。第１のワンウェイクラッチ３８Ａおよび第２のワンウェイクラッチ３８Ｂは、爪式のクラッチであってもよく、ローラクラッチであってもよい。
【００３４】
図３は、第１の歯車６２および第２の歯車７４の噛み合い部分の拡大図である。一例では、第１の歯車６２および第２の歯車７４は平歯車である。第１の歯車６２は、第１の歯６４を複数含む。第２の歯車７４は、第２の歯７６を複数含む。複数の第１の歯６４のうちの１つと複数の第２の歯７６のうちの１つとが噛み合っている。第１の歯６４は、第１の歯車６２の回転軸線を通るいずれの平面においても、非対称となるように形成されている。第２の歯７６は、第２の歯車７４の回転軸線を通るいずれの平面においても、非対称となるように形成されている。第１の歯６４および第２の歯７６のように、ギアの回転軸線を通るいずれの平面においても、非対称となるように形成され、各歯の２つの歯面のそれぞれによって規定される圧力角が互いに異なっている歯を、以下では“非対称の歯”と記載することがある。
【００３５】
第１の歯６４は、第１の歯面６４Ａおよび第２の歯面６４Ｂを含む。第１の歯面６４Ａは、ピッチ点において第１の圧力角Ａ１を規定する。第２の歯面６４Ｂは、ピッチ点において第２の圧力角Ａ２を規定する。第１の圧力角Ａ１の大きさと第２の圧力角Ａ２の大きさとは互いに異なる。一例では、第１の圧力角Ａ１は、第２の圧力角Ａ２よりも大きい。第２の歯７６は、第３の歯面７６Ａおよび第４の歯面７６Ｂを含む。第３の歯面７６Ａは、ピッチ点において第３の圧力角Ａ３を規定する。第４の歯面７６Ｂは、ピッチ点において第４の圧力角Ａ４を規定する。第３の圧力角Ａ３の大きさおよび第４の圧力角Ａ４の大きさは互いに異なる。一例では、第３の圧力角Ａ３は、第４の圧力角Ａ４よりも大きい。
【００３６】
一例では、第１の圧力角Ａ１および第３の圧力角Ａ３は、２０度以上である。第２の圧力角Ａ２および第４の圧力角Ａ４は、２０度未満である。より好ましい例では、第１の圧力角Ａ１および第３の圧力角Ａ３は、３０度以上である。より好ましい例では、第２の圧力角Ａ２および第４の圧力角Ａ４は、１７度未満である。第１の圧力角Ａ１および第３の圧力角Ａ３は等しいことが好ましい。第１の圧力角Ａ１および第３の圧力角Ａ３は、５０度未満であることが好ましい。第２の圧力角Ａ２および第４の圧力角Ａ４は、１０度以上であることが好ましい。第１の歯車６２および第２の歯車７４は、第１の歯面６４Ａおよび第３の歯面７６Ａが接触するように噛み合い可能である。第１の歯面６４Ａおよび第３の歯面７６Ａは、駆動面である。第２の歯面６４Ｂおよび第４の歯面７６Ｂは、非駆動面である。
【００３７】
図４は、第３の歯車６６および第４の歯車７８の噛み合い部分の拡大断面図である。一例では、第３の歯車６６および第４の歯車７８は平歯車である。第３の歯車６６は、第３の歯６８を複数含む。第４の歯車７８は、第４の歯８０を複数含む。複数の第３の歯６８のうちの１つと、複数の第４の歯８０のうちの１つとが噛み合っている。第３の歯６８は、第５の歯面６８Ａおよび第６の歯面６８Ｂを含む。第５の歯面６８Ａは、ピッチ点において第５の圧力角Ａ５を規定する。第６の歯面６８Ｂは、ピッチ点において第６の圧力角Ａ６を規定する。第５の圧力角Ａ５の大きさと第６の圧力角Ａ６の大きさとは等しい。第３の歯６８は、第３の歯車６６の回転軸線を通るいずれの平面においても対称となるように形成されている。第３の歯車６６の第５の歯面６８Ａおよび第６の歯面６８Ｂは、駆動面であり、第３の歯車６６が一方向に回転するとき、第５の歯面６８Ａおよび第６の歯面６８Ｂは、それぞれ別の歯車に接触する。
【００３８】
第４の歯車７８は、第４の歯８０を複数含む。第４の歯８０は、第７の歯面８０Ａおよび第８の歯面８０Ｂを含む。第７の歯面８０Ａは、ピッチ点において第７の圧力角Ａ７を規定する。第８の歯面８０Ｂは、ピッチ点において第８の圧力角Ａ８を規定する。第７の圧力角Ａ７の大きさと第８の圧力角Ａ８の大きさとは等しい。第４の歯８０は、第４の歯車７８の回転軸線を通るいずれの平面においても対称となるように形成されている。
【００３９】
図５は、第５の歯車７０と第６の歯車８２との噛み合い部分の拡大断面図である。一例では、第５の歯車７０および第６の歯車８２は、平歯車である。第５の歯車７０は、第５の歯７２を複数含む。第６の歯車８２は、第６の歯８４を複数含む。複数の第５の歯７２のうちの１つと複数の第６の歯８４のうちの１つとが噛み合っている。第５の歯７２は、非対称の歯として形成されている。第６の歯８４は、非対称の歯として形成されている。第５の歯７２は、第９の歯面７２Ａおよび第１０の歯面７２Ｂを含む。第９の歯面７２Ａは、ピッチ点において第９の圧力角Ａ９を規定する。第１０の歯面７２Ｂは、ピッチ点において第１０の圧力角Ａ１０を規定する。第９の圧力角Ａ９の大きさは、第１０の圧力角Ａ１０の大きさとは異なり、第１０の圧力角Ａ１０の大きさよりも大きい。
【００４０】
第６の歯８４は、第１１の歯面８４Ａおよび第１２の歯面８４Ｂを含む。第１１の歯面８４Ａは、ピッチ点において第１１の圧力角Ａ１１を規定する。第１２の歯面８４Ｂは、ピッチ点において第１２の圧力角Ａ１２を規定する。第１１の圧力角Ａ１１の大きさは、第１２の圧力角Ａ１２の大きさよりも大きい。一例では、第９の圧力角Ａ９および第１１の圧力角Ａ１１は、２０度以上である。第１０の圧力角Ａ１０および第１２の圧力角Ａ１２は、２０度未満である。より好ましい例では、第９の圧力角Ａ９および第１１の圧力角Ａ１１は、３０度以上である。より好ましい例では、第１０の圧力角Ａ１０および第１２の圧力角Ａ１２は、１７度未満である。第９の圧力角Ａ９および第１１の圧力角Ａ１１は等しいことが好ましい。第９の圧力角Ａ９および第１１の圧力角Ａ１１は、５０度未満であることが好ましい。第１０の圧力角Ａ１０および第１２の圧力角Ａ１２は、１０度以上であることが好ましい。第５の歯車７０と第６の歯車８２とは、第９の歯面７２Ａと第１１の歯面８４Ａとが接触するように噛み合い可能である。第９の歯面７２Ａおよび第１１の歯面８４Ａは、駆動面である。第１０の歯面７２Ｂおよび第１２の歯面８４Ｂは、非駆動面である。
【００４１】
図６は、第３の歯車６６および第７の歯車８６の噛み合い部分の拡大断面図である。一例では、第７の歯車８６は平歯車である。第７の歯車８６は、第７の歯８８を複数含む。複数の第３の歯６８のうちの１つと、複数の第７の歯８８のうちの１つとが噛み合っている。第７の歯８８は、第１３の歯面８８Ａおよび第１４の歯面８８Ｂを含む。第１３の歯面８８Ａは、ピッチ点において第１３の圧力角Ａ１３を規定する。第１４の歯面８８Ｂは、ピッチ点において第１４の圧力角Ａ１４を規定する。第１３の圧力角Ａ１３の大きさと第１４の圧力角Ａ１４の大きさとは等しい。第７の歯８８は、第７の歯車８６の回転軸線を通るいずれの平面においても対称となるように形成されている。
【００４２】
図２に示されるとおり、第１のプラネタリピン１０２は、複数の第１の段付歯車６０のそれぞれに設けられる。第１のプラネタリピン１０２は、第１の段付歯車６０と同軸上に設けられ、第１の段付歯車６０を貫通している。第１のプラネタリピン１０２の両端部は、キャリア１００に回転可能に支持されている。第１のプラネタリピン１０２は、第１の段付歯車６０に対して回転可能であってもよく、第１の段付歯車６０に固定されていてもよい。第１のプラネタリピン１０２が、第１の段付歯車６０に対して回転可能である場合、第１のプラネタリピン１０２の両端部はキャリア１００に固定して支持されていてもよい。
【００４３】
第２のプラネタリピン１０４は、複数の第２の段付歯車９０のそれぞれに設けられる。第２のプラネタリピン１０４は、第２の段付歯車９０と同軸上に設けられ、第２の段付歯車９０を貫通している。第２のプラネタリピン１０４の両端部は、キャリア１００に回転可能に支持されている。第２のプラネタリピン１０４は、第２の段付歯車９０に対して回転可能であってもよく、第２の段付歯車９０に固定されていてもよい。第２のプラネタリピン１０４が、第２の段付歯車９０に対して回転可能である場合、第２のプラネタリピン１０４の両端部はキャリア１００に固定して支持されていてもよい。
【００４４】
キャリア１００は、支持軸２２と同軸に設けられる。キャリア１００は、第２のプラネタリピン１０４および第１のプラネタリピン１０２とともに、支持軸２２の軸線まわりに一体に回転可能である。キャリア１００は、第２のプラネタリピン１０４および第１のプラネタリピン１０２を介して第２の段付歯車９０および第１の段付歯車６０を支持している。第１の遊星歯車機構５４および第２の遊星歯車機構５６は、一体に形成されている共通のキャリア１００を有しているが、第１の遊星歯車機構５４および第２の遊星歯車機構５６は、別々のキャリア１００を含んで構成されそれぞれのキャリア１００が一体に回転可能となるように連結されていてもよい。
【００４５】
制御機構４０は、スリーブ４２、第１のクラッチ部材４４、第２のクラッチ部材４６、第３のクラッチ部材４８、および、第４のクラッチ部材５０を備える。スリーブ４２は、支持軸２２に支持されている。スリーブ４２は、支持軸２２の軸線まわりに変位可能である。スリーブ４２は、支持軸２２の外周面に沿う３つのアーム（図示略）、および、３つのアームを連結するスリーブ本体（図示略）を含む。各アームは、各クラッチ部材４６、４８、５０と対応する位置に設けられる。スリーブ４２のアームは、各クラッチ部材４６、４８、５０を介して第７の歯車８６、第２の歯車７４、および、第６の歯車８２の回転を選択的に規制する。スリーブ４２は、ハンドルに設けられる操作部にケーブルを介して結合されてもよく、変速用モータユニットに結合されていてもよい。
【００４６】
第１のクラッチ部材４４は、クラッチリング４４Ａおよびばね４４Ｂを備える。クラッチリング４４Ａは、キャリア１００と隣り合う位置に設けられる。クラッチリング４４Ａは、入力部３４に連結される。クラッチリング４４Ａと入力部３４とは一体に回転する。入力部３４は、ワンウェイクラッチを介して第２の遊星歯車機構５６のリングギアの内周部に連結される。ばね４４Ｂは、クラッチリング４４Ａがキャリア１００に近づくようにクラッチリング４４Ａに力を付与する。クラッチリング４４Ａは、ばね４４Ｂの力によって移動可能である。制御機構４０は、スリーブ４２に連動して回転し、クラッチリング４４Ａの支持軸２２の軸線に沿う方向の位置を規制するカム部材４４Ｃを含む。クラッチリング４４Ａは、ばね４４Ｂによってカム部材４４Ｃのカム面に押し付けられている。クラッチリング４４Ａは、キャリア１００のスプライン１００Ａと係合することによって、入力部３４およびキャリア１００を連結し、入力部３４の回転をキャリア１００に伝達する。第１のクラッチ部材４４が、キャリア１００から離脱することによって、入力部３４の回転が第１１の歯車９８に伝達される。
【００４７】
第２のクラッチ部材４６は、支持軸２２の外周部と第７の歯車８６の内周部との間に設けられる。制御機構４０に含まれる第２のクラッチ部材４６は、第７の歯車８６の回転を制御する。第２のクラッチ部材４６は、第２のクラッチ部材４６の外周部に設けられる爪部が第７の歯車８６の内周部に形成されるラチェット歯と係合することによって、第７の歯車８６の回転を規制し、爪部が第７の歯車８６から離脱することによって、第７の歯車８６の回転を許容する。
【００４８】
第３のクラッチ部材４８は、支持軸２２の外周部と第２の歯車７４の内周部との間に設けられる。制御機構４０に含まれる第３のクラッチ部材４８は、第２の歯車７４の回転を制御する。第３のクラッチ部材４８は、第３のクラッチ部材４８の外周部に設けられる爪部が第２の歯車７４の内周部に形成されるラチェット歯と係合することによって、第２の歯車７４の回転を規制し、爪部が第２の歯車７４から離脱することによって、第２の歯車７４の回転を許容する。
【００４９】
第４のクラッチ部材５０は、支持軸２２の外周部と第６の歯車８２の内周部との間に設けられる。第４のクラッチ部材５０は、第４のクラッチ部材５０の外周部に形成される爪部が第６の歯車８２の内周部に形成されるラチェット歯と係合することによって、第６の歯車８２の回転を規制し、爪部が第６の歯車８２から離脱することによって、第６の歯車８２の回転を許容する。
【００５０】
第１の段付歯車６０の第１の歯車６２および第２の歯車７４は、クランク軸２６およびモータ２８の少なくとも一方から伝達される回転を変速できる。クラッチリング４４Ａが移動し、スリーブ４２が回転するときのスリーブ４２の回転位相に応じて、回転が規制されるギアの組み合わせが変化する。回転が規制されるギアの組み合わせに応じて、遊星歯車機構５２を構成する各要素の回転状態が異なる。このため、制御機構４０の動作によって、変速機構３６の変速比が変化する。
【００５１】
図７は、変速機構３６の各変速段における構成要素の関係を示している。変速機構３６は、８段階の変速段を備える。１段は、最も変速比が小さい変速段である。８段は、変速比が最も大きい変速段である。図中の「○」は、各変速段における回転の伝達経路に含まれる要素を示している。
【００５２】
１段〜４段では、入力部３４の回転は、最初に第１１の歯車９８に伝達される。５段〜８段では、入力部３４の回転は、最初にキャリア１００に伝達される。１段および５段では、キャリア１００の回転が、第１のワンウェイクラッチ３８Ａを介して、ハブシェル３２に伝達される。２段〜４段および６段〜８段では、第４の歯車７８の回転が、第２のワンウェイクラッチ３８Ｂを介して、出力部３２Ａに伝達される。
【００５３】
変速機構３６が３段または７段の変速段に設定されているとき、クランクアーム１２を前転させてリアスプロケット１８を回転させると、図３に示されるとおり、第２の歯車７４は、第１の方向Ｒ１に回転し、第１の歯車６２は、支持軸２２に対して回転しない。このとき、第１の歯面６４Ａと第３の歯面７６Ａとが接触するように、第１の歯車６２と第２の歯車７４とが噛み合う。第１の圧力角Ａ１および第３の圧力角Ａ３の大きさは、第１の歯６４および第２の歯７６の噛み合いにともなって生じるヘルツ応力およびすべり率に影響を及ぼす因子の１つである。第１の圧力角Ａ１および第３の圧力角Ａ３が大きくなるほどヘルツ応力が小さくなり、第１の歯６４および第２の歯７６の負荷容量が増加する。また、第１の圧力角Ａ１および第３の圧力角Ａ３が大きくなるほどすべり率が小さくなり、第１の歯車６２および第２の歯車７４の伝達効率が増加する。
【００５４】
各圧力角Ａ１〜Ａ４の大きさは、第１の歯６４の歯厚および第２の歯７６の歯厚に影響を及ぼす因子の１つである。第２の圧力角Ａ２および第４の圧力角Ａ４が第１の圧力角Ａ１および第３の圧力角Ａ３よりも小さい角度に設定される場合、第２の圧力角Ａ２および第４の圧力角Ａ４が第１の圧力角Ａ１および第３の圧力角Ａ３と等しい角度に設定される場合と比較して、第１の歯６４の歯厚および第２の歯７６の歯厚を比較的厚くできる。このため、各歯６４、７６を小さく形成しても、各歯６４、７６の強度を好ましい範囲に含めることができる。
【００５５】
変速機構３６が２〜４段および６〜８段以外の変速段に設定されているとき、クランクアーム１２が前転することによってリアスプロケット１８が回転すると、図４に示されるとおり、第３の歯車６６が第１の方向Ｒ１に回転し、第４の歯車７８が第１の方向Ｒ１に回転する。このとき、第５の歯面６８Ａと第７の歯面８０Ａとが接触するように、第３の歯車６６と第４の歯車７８とが噛み合う。
【００５６】
変速機構３６が２段または６段の変速段に設定されているとき、クランクアーム１２が前転することによってリアスプロケット１８が回転すると、図５に示されるとおり、第５の歯車７０が第１の方向Ｒ１に回転し、第６の歯車８２は、支持軸２２に対して回転しない。このとき、第９の歯面７２Ａと第１１の歯面８４Ａとが接触するように、第５の歯車７０と第６の歯車８２とが噛み合う。
【００５７】
変速機構３６が４段または８段の変速段に設定されているとき、クランクアーム１２が前転することによってリアスプロケット１８が回転すると、図６に示されるとおり、第３の歯車６６が第１の方向Ｒ１に回転し、第７の歯車８６は、支持軸２２に対して回転しない。このとき、第５の歯面６８Ａと第１３の歯面８８Ａとが接触するように、第３の歯車６６と第７の歯車８６とが噛み合う。
【００５８】
第１の実施形態によれば、以下の作用および効果が得られる。
（１）第１の歯６４の第１の歯面６４Ａによって規定される第１の圧力角Ａ１が第２の歯面６４Ｂによって規定される第２の圧力角Ａ２よりも大きい。第２の歯７６の第３の歯面７６Ａによって規定される第３の圧力角Ａ３が第４の歯面７６Ｂによって規定される第４の圧力角Ａ４よりも大きい。このように、第１の歯６４および第２の歯７６を非対称の歯として形成することによって、第１の歯６４および第２の歯７６の負荷容量を増加させることができ、第１の歯車６２および第２の歯車７４の小型化、変速機構３６の小型化、ひいてはハブ３０の小型化が可能である。
【００５９】
（２）変速機構３６は、プラネタリギアとして第１の段付歯車６０を備える。第１の段付歯車６０は、サンギアである第７の歯車８６およびリングギアである第４の歯車７８の両者に噛み合う第３の歯車６６と、サンギアである第２の歯車７４のみに噛み合う第１の歯車６２とを含んでいる。第３の歯車６６は、第３の歯６８の一方の歯面が第７の歯車８６の歯面に接触し、第３の歯６８の他方の歯面が第４の歯車７８の歯面に接触する。このため、第３の歯車６６は、第３の歯６８を対称となるように形成することが好ましい。第１の歯車６２は、第１の歯６４の一方の歯面のみが第２の歯車７４の歯面に接触するため、第１の歯６４を非対称の歯として形成することによって、第１の歯車６２を小型化して第１の段付歯車６０を小型化できる。
【００６０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の変速機構３６Ａは、以下の点において第１の実施形態の変速機構３６と相違し、その他の点において第１の実施形態の変速機構３６と実質的に同一の構成を備える。
【００６１】
図８は、第２の実施形態の変速機構３６Ａの断面図である。変速機構３６Ａは、第１の遊星歯車機構５４に代えて、第３の遊星歯車機構５８を備える。第３の遊星歯車機構５８は、以下の点において第１の遊星歯車機構５４と異なる。第２の歯車７４および第４の歯車７８が省略され、第１のリングギアを構成する第１２の歯車７４Ａが、第１の歯車６２と噛み合う。第１２の歯車７４Ａの外周部は、第２のワンウェイクラッチ３８Ｂを介してハブシェル３２に連結される。第１の歯車６２および第１２の歯車７４Ａの各歯は、第１の実施の形態の第１の歯車６２および第２の歯車７４と同様に、非対称の歯として形成され、相互に噛み合わされている。
【００６２】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の変速機構３６Ｂは、以下の点において第１の実施形態の変速機構３６と相違し、その他の点において第１の実施形態の変速機構３６と実質的に同一の構成を備える。
【００６３】
図９は、第３の実施形態の変速機構３６Ｂの断面図である。変速機構３６Ｂは、第１の遊星歯車機構５４に代えて、第４の遊星歯車機構５９を備える。第４の遊星歯車機構５９は、以下の点において第１の遊星歯車機構５４と異なる。第４の歯車７８および第６の歯車８２が省略され、第１のリングギアを構成する第１３の歯車７４Ｂが、第５の歯車７０と噛み合う。第１３の歯車７４Ｂの外周部は、第２のワンウェイクラッチ３８Ｂを介してハブシェル３２に連結される。第５の歯車７０および第１３の歯車７４Ｂの各歯は、第１の実施の形態の第１の歯車６２および第２の歯車７４と同様に、非対称の歯として形成され、相互に噛み合わされている。
【００６４】
（変形例）
上記各実施形態に関する説明は、本発明に従う自転車用変速機構が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う自転車用変速機構は、例えば以下に示される上記各実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。
【００６５】
・変速機構の構造は、任意に変更可能である。一例では、自転車１０は、変速機構３６に代えて、図１０に示される変速機構１１０を備えることができる。変速機構１１０は、１１段階の変速段を備える。変速機構１１０は、第２１の段付歯車１１２、第２２の段付歯車１１４、第２３の段付歯車１１６、第２１の歯車１１８、第２２の歯車１２０、第２３の歯車１２２、第２４の歯車１２４、第２５の歯車１２６、第２６の歯車１２８、第２のキャリア１３０、および、第３のキャリア１３２を含む。第２１の段付歯車１１２、第２２の段付歯車１１４、および、第２３の段付歯車１１６は、遊星歯車機構のプラネタリギアを構成する。第２１の段付歯車１１２、第２２の段付歯車１１４、および、第２３の段付歯車１１６は、それぞれ２段の歯車である。第２１の歯車１１８および第２５の歯車１２６は、遊星歯車機構のリングギアを構成する。第２２の歯車１２０、第２３の歯車１２２、第２４の歯車１２４、および、第２６の歯車１２８は、遊星歯車機構のサンギアを構成している。第２１の段付歯車１１２の一方の歯車は、第２１の歯車１１８に噛み合い、第２１の段付歯車１１２の他方の歯車は、第２２の歯車１２０に噛合う。第２２の段付歯車１１４の一方の歯車は、第２３の歯車１２２に噛み合い、第２２の段付歯車１１４の他方の歯車は、第２４の歯車１２４に噛合う。第２３の段付歯車１１６の一方の歯車は、第２５の歯車１２６に噛み合い、第２３の段付歯車１１６の他方の歯車は、第２６の歯車１２８に噛合う。
【００６６】
第２１の段付歯車１１２の各歯車、第２１の歯車１１８、および、第２２の歯車１２０の各歯は、非対称の歯として形成されている。第２２の段付歯車１１４の他方の歯車、および、第２４の歯車１２４の各歯は、非対称の歯として形成されている。第２３の段付歯車１１６の各歯車、第２５の歯車１２６、および、第２６の歯車１２８の各歯は、第１の実施の形態の第１の歯車６２および第２の歯車７４と同様に、非対称の歯として形成されている。
【００６７】
・変速機構３６を含む自転車用コンポーネントの種類は、任意に変更可能である。一例では、ドライブユニット２４が、変速機構３６を含んでいてもよい。
・段付歯車が含む歯車の数は任意に変更可能である。例えば、第１の段付歯車６０は、３つの歯車を含んでいるが、２つの歯車のみを含む構成であってもよく、４つ以上の歯車を含む構成であってもよい。この場合、複数の歯車のうち、少なくとも１つの歯車の歯が、非対称の歯として形成されていればよい。
【００６８】
・各実施形態の変速機構において、第２の遊星歯車機構５６の各歯車についても、第１の遊星歯車機構５４と同様に非対称の歯を含んでいてもよい。
・上記の実施形態の変速機構は、６段階、８段階、１１段階の変速機構を例示しているが、遊星歯車機構によって複数段階に変速する変速機構であれば、本発明を適用することができる。
【００６９】
・上記の実施形態の変速機構は、遊星歯車機構によって構成されているが、第１の回転軸線まわり回転可能な複数の歯車と、第２の回転軸線まわりに回転可能であって、第１の回転軸線まわりに回転可能な複数の歯車のそれぞれの歯車に噛合う複数の歯車とによって構成されていてもよい。第１の回転軸線は、第２の回転軸線に平行である。
【００７０】
・上記の実施形態の変速機構は、複数の変速段を備えているが、変速段を備えない減速機構または増速機構を構成してもよい。
・各実施形態の変速機構を構成する各歯車は、平歯車に替えて、ヘリカル歯車であってもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０…自転車、２２…支持軸、２６…クランク軸、２８…モータ、３０…ハブ、３６…変速機構、３６Ａ…変速機構、３６Ｂ…変速機構、４０…制御機構、５４…第１の遊星歯車機構、５６…第２の遊星歯車機構、５８…第３の遊星歯車機構、６０…第１の段付歯車、６２…第１の歯車、６４…第１の歯、６４Ａ…第１の歯面、６４Ｂ…第２の歯面、６６…第３の歯車、６８…第３の歯、６８Ａ…第５の歯面、６８Ｂ…第６の歯面、７０…第５の歯車、７２…第５の歯、７２Ａ…第９の歯面、７２Ｂ…第１０の歯面、７４…第２の歯車、７６…第２の歯、７６Ａ…第３の歯面、７６Ｂ…第４の歯面、７８…第４の歯車、８０…第４の歯、８０Ａ…第７の歯面、８０Ｂ…第８の歯面、８２…第６の歯車、８４…第６の歯、８４Ａ…第１１の歯面、８４Ｂ…第１２の歯面、８６…第７の歯車、８８…第７の歯、８８Ａ…第１３の歯面、８８Ｂ…第１４の歯面、１１０…変速機構、Ａ１…第１の圧力角、Ａ２…第２の圧力角、Ａ３…第３の圧力角、Ａ４…第４の圧力角、Ａ５…第５の圧力角、Ａ６…第６の圧力角、Ａ７…第７の圧力角、Ａ８…第８の圧力角、Ａ９…第９の圧力角、Ａ１０…第１０の圧力角、Ａ１１…第１１の圧力角、Ａ１２…第１２の圧力角、Ａ１３…第１３の圧力角、Ａ１４…第１４の圧力角。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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