(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車の変速機であって、
駆動力が入力される入力回転体と、
前記入力回転体の回転が伝達される複数の回転体と、
前記複数の回転体に同軸に設けられ、前記複数の回転体を回転可能に支持する中空軸と、
前記中空軸内に配置され、前記中空軸に対して回転可能な制御軸を備え、前記中空軸に対して前記制御軸を回転させることによって、前記複数の回転体と前記中空軸との連結状態を切り替えるクラッチ機構とを含み、
前記クラッチ機構は、前記入力回転体に与えられる駆動力を前記制御軸に伝達して、前記制御軸を回転させる、変速機。
【請求項２】
前記クラッチ機構は、前記中空軸の回転を増速して前記制御軸に与える増速機構と、前記中空軸の回転を減速して前記制御軸に与える減速機構とを備える、請求項１に記載の変速機。
【請求項３】
前記入力回転体は、入力歯車を含み、
前記複数の回転体は、前記入力回転体に噛み合う入力側歯車を含む、請求項１または２に記載の変速機。
【請求項４】
前記中空軸から離間して設けられる第１軸と、
前記複数の回転体から回転が伝達され、回転を出力する出力回転体とをさらに含み、
前記入力回転体と、前記出力回転体とは、前記第１軸の軸心まわりに回転可能に設けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の変速機。
【請求項５】
前記出力回転体は、出力歯車を含み、
前記複数の回転体は、前記出力回転体に噛み合う出力側歯車を含む、請求項４に記載の変速機。
【請求項６】
前記入力歯車および前記出力歯車のうちの少なくともいずれか一方は、直径の異なる複数の歯車を有する、請求項３を引用する請求項４を引用する請求項５に記載の変速機。
【請求項７】
前記複数の回転体は、前記入力歯車の前記複数の歯車にそれぞれ噛み合う複数の入力側歯車を有する、請求項６に記載の変速機。
【請求項８】
前記複数の回転体は、前記出力歯車の前記複数の歯車にそれぞれ噛み合う複数の出力側歯車を有する、請求項６または７に記載の変速機。
【請求項９】
前記クラッチ機構は、複数の係合部をさらに含み、
前記複数の係合部は、前記制御軸の回転によって動作し、前記複数の入力側歯車のいずれかの回転を前記中空軸に選択的に伝達する、請求項７に記載の変速機。
【請求項１０】
前記クラッチ機構は、複数の係合部をさらに含み、
前記複数の係合部は、前記制御軸の回転によって動作し、前記中空軸の回転を前記複数の出力側歯車のいずれかに選択的に伝達する、請求項８に記載の変速機。
【請求項１１】
前記クラッチ機構は、複数の係合部をさらに含み、
前記複数の係合部は、前記制御軸の回転によって動作し、前記複数の入力側歯車のいずれかの回転を前記中空軸に選択的に伝達し、前記中空軸の回転を前記複数の出力側歯車のいずれかに選択的に伝達する、請求項７を引用する請求項８に記載の変速機。
【請求項１２】
前記中空軸には、外周部に開口が形成され、
前記複数の係合部のうちの少なくとも１つの係合部は、前記開口に配置され、
前記制御軸は、前記開口に配置される前記係合部を制御する制御部分を有し、前記中空軸に対して前記制御軸を回転させることによって、前記係合部が前記開口から突出する第１状態と、前記係合部が前記開口内に退避する第２状態とを切り替える、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の変速機。
【請求項１３】
前記クラッチ機構は、前記係合部を前記開口から突出するようにバイアスする弾性部材をさらに備える、請求項１２に記載の変速機。
【請求項１４】
前記増速機構は、
前記中空軸と一体的に回転する第１同期歯車と、
前記制御軸と一体的に回転可能な第２同期歯車と、
前記第１同期歯車および前記第２同期歯車の一方に噛み合い可能な第１補助歯車と、
前記第１同期歯車および前記第２同期歯車の他方に噛み合い、第１補助歯車と一体で回転する第２補助歯車と、
前記第１補助歯車が前記第１同期歯車および前記第２同期歯車の一方と噛み合う状態と前記第１補助歯車が前記第１同期歯車および前記第２同期歯車の一方と噛み合わない状態とを切り替える第１切替部とを含む、請求項２に記載の変速機。
【請求項１５】
前記減速機構は、
前記第１同期歯車と、
前記制御軸と一体的に回転可能で、前記第２同期歯車よりも歯数の少ない第３同期歯車と、
前記第１同期歯車および前記第３同期歯車の一方に噛み合い可能な第３補助歯車と、
前記第１同期歯車および前記第３同期歯車の他方に噛み合い、第２補助歯車と一体で回転する第４補助歯車と、
前記第３補助歯車が前記第１同期歯車および前記第３同期歯車の一方と噛み合う状態と前記第３補助歯車が前記第１同期歯車および前記第３同期歯車の一方と噛み合わない状態とを切り替える第２切替部とを含む、請求項１４に記載の変速機。
【請求項１６】
前記第１補助歯車は、外周の一部に歯が存在しない欠歯部を備え、
前記第１切替部は、前記第１補助歯車に設けられる第１キー部材と、第１キー部材を操作するアクチュエータとを備え、
前記第１キー部材は、前記欠歯部に突出して、前記第１同期歯車および前記第２同期歯車の一方に接触する突出位置と、前記第１同期歯車および前記第２同期歯車の一方に接触しない退避位置との間で移動可能に設けられ、
前記アクチュエータは、前記第１キー部材を前記退避位置から前記突出位置に移動させる、請求項１４または１５に記載の変速機。
【請求項１７】
前記第１切替部は、前記第１同期歯車が回転すると、前記第１キー部材を前記突出位置から前記退避位置に移動させる案内部を含む、請求項１６に記載の変速機。
【請求項１８】
前記第３補助歯車は、外周の一部に歯が存在しない欠歯部を備え、
前記第２切替部は、前記第３補助歯車に設けられる第２キー部材と、アクチュエータとを備え、
前記第２キー部材は、前記欠歯部に突出して、前記第１同期歯車および前記第３同期歯車の一方に接触する突出位置と、前記第１同期歯車および前記第３同期歯車の一方に接触しない退避位置との間で移動可能に設けられ、
前記アクチュエータは、前記第２キー部材を前記退避位置から前記突出位置に移動させる、請求項１５に記載の変速機。
【請求項１９】
前記第２切替部は、前記第３同期歯車が回転すると、前記第２キー部材を前記突出位置から前記退避位置に移動させる案内部を含む、請求項１８に記載の変速機。
【請求項２０】
自転車の変速機であって、
駆動力が入力されて回転する駆動体と、
前記駆動体と接続され、複数の変速段を構成可能な変速部と、
前記変速部のうちの複数の前記変速段に対応する動力伝達経路を選択するクラッチ部とを含み、
前記クラッチ部は、前記駆動体の一方向の回転力を第１の回転方向の回転力として前記変速部に伝達して前記変速部を動作させる第１の状態と、前記駆動体の前記一方向の回転力を前記第１の回転方向とは反対の回転方向の回転力として前記変速部に伝達して前記変速部を動作させる第２の状態とを切り替える、変速機。
【請求項２１】
前記クラッチ部は、前記第１の状態と、前記第２の状態と、前記駆動体の前記一方向の回転力を前記変速部に伝達しない第３の状態とを切り替え可能である、請求項２０に記載の変速機。
【請求項２２】
前記変速部は、遊星歯車機構を含み、
前記クラッチ部は、前記遊星歯車機構の太陽歯車の回転状態を制御する、請求項２０または２１に記載の変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車に搭載される変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ハブ軸と、ハブ軸により支持されている変速歯車と、ハブ軸に取り付けられた複数の爪と、複数の爪を選択的に立ち上げて変速歯車に噛み合わせる制御リングとを備える変速機の一例を開示している。制御リングは、ドライバが変速レバーを操作することによりワイヤにより引っ張られて回転し、複数の爪のうちの１つの爪をハブ軸から立ち上げる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６２１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記内装変速機は、変速性能についてなお改善の余地がある。
本発明の目的は、変速性能が高い変速機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔１〕本発明に従う変速機の一形態は、自転車の変速機であって、駆動力が入力される入力回転体と、前記入力回転体の回転が伝達される複数の回転体と、前記複数の回転体に同軸に設けられ、前記複数の回転体を回転可能に支持する中空軸と、前記中空軸内に配置され、前記中空軸に対して回転可能な制御軸を備え、前記中空軸に対して前記制御軸を回転させることによって、前記複数の回転体と前記中空軸との連結状態を切り替えるクラッチ機構とを含み、前記クラッチ機構は、前記入力回転体に与えられる駆動力を前記制御軸に伝達して、前記制御軸を回転させる。
【０００６】
〔２〕前記変速機の一例によれば、前記クラッチ機構は、前記中空軸の回転を増速して前記制御軸に与える増速機構と、前記中空軸の回転を減速して前記制御軸に与える減速機構とを備える。
【０００７】
〔３〕前記変速機の一例によれば、前記入力回転体は、入力歯車を含み、前記複数の回転体は、前記入力回転体に噛み合う入力側歯車を含む。
〔４〕前記変速機の一例によれば、前記中空軸から離間して設けられる第１軸と、前記複数の回転体から回転が伝達され、回転を出力する出力回転体とをさらに含み、前記入力回転体と、前記出力回転体とは、前記第１軸の軸心まわりに回転可能に設けられる。
【０００８】
〔５〕前記変速機の一例によれば、前記出力回転体は、出力歯車を含み、前記複数の回転体は、前記出力回転体に噛み合う出力側歯車を含む。
〔６〕前記変速機の一例によれば、前記入力歯車および前記出力歯車のうちの少なくともいずれか一方は、直径の異なる複数の歯車を有する。
【０００９】
〔７〕前記変速機の一例によれば、前記複数の回転体は、前記入力歯車の前記複数の歯車にそれぞれ噛み合う複数の入力側歯車を有する。
〔８〕前記変速機の一例によれば、前記複数の回転体は、前記出力歯車の前記複数の歯車にそれぞれ噛み合う複数の出力側歯車を有する。
【００１０】
〔９〕前記変速機の一例によれば、前記クラッチ機構は、複数の係合部をさらに含み、前記複数の係合部は、前記制御軸の回転によって動作し、前記複数の入力側歯車のいずれかの回転を前記中空軸に選択的に伝達する。
【００１１】
〔１０〕前記変速機の一例によれば、前記クラッチ機構は、複数の係合部をさらに含み、前記複数の係合部は、前記制御軸の回転によって動作し、前記中空軸の回転を前記複数の出力側歯車のいずれかに選択的に伝達する。
【００１２】
〔１１〕前記変速機の一例によれば、前記クラッチ機構は、複数の係合部をさらに含み、前記複数の係合部は、前記制御軸の回転によって動作し、前記複数の入力側歯車のいずれかの回転を前記中空軸に選択的に伝達し、前記中空軸の回転を前記複数の出力側歯車のいずれかに選択的に伝達する。
【００１３】
〔１２〕前記変速機の一例によれば、前記中空軸には、外周部に開口が形成され、前記複数の係合部のうちの少なくとも１つの係合部は、前記開口に配置され、前記制御軸は、前記開口に配置される前記係合部を制御する制御部分を有し、前記中空軸に対して前記制御軸を回転させることによって、前記係合部が前記開口から突出する第１状態と、前記係合部が前記開口内に退避する第２状態とを切り替える。
【００１４】
〔１３〕前記変速機の一例によれば、前記クラッチ機構は、前記係合部を前記開口から突出するようにバイアスする弾性部材をさらに備える。
〔１４〕前記変速機の一例によれば、前記増速機構は、前記中空軸と一体的に回転する第１同期歯車と、前記制御軸と一体的に回転可能な第２同期歯車と、前記第１同期歯車および前記第２同期歯車の一方に噛み合い可能な第１補助歯車と、前記第１同期歯車および前記第２同期歯車の他方に噛み合い、第１補助歯車と一体で回転する第２補助歯車と、前記第１補助歯車が前記第１同期歯車および前記第２同期歯車の一方と噛み合う状態と前記第１補助歯車が前記第１同期歯車および前記第２同期歯車の一方と噛み合わない状態とを切り替える第１切替部とを含む。
【００１５】
〔１５〕前記変速機の一例によれば、前記減速機構は、前記第１同期歯車と、前記制御軸と一体的に回転可能で、前記第２同期歯車よりも歯数の少ない第３同期歯車と、前記第１同期歯車および前記第３同期歯車の一方に噛み合い可能な第３補助歯車と、前記第１同期歯車および前記第３同期歯車の他方に噛み合い、第２補助歯車と一体で回転する第４補助歯車と、前記第３補助歯車が前記第１同期歯車および前記第３同期歯車の一方と噛み合う状態と前記第３補助歯車が前記第１同期歯車および前記第３同期歯車の一方と噛み合わない状態とを切り替える第２切替部とを含む。
【００１６】
〔１６〕前記変速機の一例によれば、前記第１補助歯車は、外周の一部に歯が存在しない欠歯部を備え、前記第１切替部は、前記第１補助歯車に設けられる第１キー部材と、第１キー部材を操作するアクチュエータとを備え、前記第１キー部材は、前記欠歯部に突出して、前記第１同期歯車および前記第２同期歯車の一方に接触する突出位置と、前記第１同期歯車および前記第２同期歯車の一方に接触しない退避位置との間で移動可能に設けられ、前記アクチュエータは、前記第１キー部材を前記退避位置から前記突出位置に移動させる。
【００１７】
〔１７〕前記変速機の一例によれば、前記第１切替部は、前記第１同期歯車が回転すると、前記第１キー部材を前記突出位置から前記退避位置に移動させる案内部を含む。
〔１８〕前記変速機の一例によれば、前記第３補助歯車は、外周の一部に歯が存在しない欠歯部を備え、前記第２切替部は、前記第３補助歯車に設けられる第２キー部材と、アクチュエータとを備え、前記第２キー部材は、前記欠歯部に突出して、前記第１同期歯車および前記第３同期歯車の一方に接触する突出位置と、前記第１同期歯車および前記第３同期歯車の一方に接触しない退避位置との間で移動可能に設けられ、前記アクチュエータは、前記第２キー部材を前記退避位置から前記突出位置に移動させる。
【００１８】
〔１９〕前記変速機の一例によれば、前記第２切替部は、前記第３同期歯車が回転すると、前記第２キー部材を前記突出位置から前記退避位置に移動させる案内部を含む。
〔２０〕本発明に従う変速機の一形態は、自転車の変速機であって、駆動力が入力されて回転する駆動体と、前記駆動体と接続され、複数の変速段を構成可能な変速部と、前記変速部のうちの複数の前記変速段に対応する動力伝達経路を選択するクラッチ部とを含み、前記クラッチ部は、前記駆動体の一方向の回転力を第１の回転方向の回転力として前記変速部に伝達して前記クラッチ部を動作させる第１の状態と、前記駆動体の前記一方向の回転力を前記第１の回転方向とは反対の回転方向の回転力として前記変速部に伝達して前記変速部を動作させる第２の状態とを切り替える。
【００１９】
〔２１〕前記変速機の一例によれば、前記クラッチ部は、前記第１の状態と、前記第２の状態と、前記駆動体の前記一方向の回転力を前記変速部に伝達しない第３の状態とを切り替え可能である。
【００２０】
〔２２〕前記変速機の一例によれば、前記変速部は、遊星歯車機構を含み、前記クラッチ部は、前記遊星歯車機構の太陽歯車の回転状態を制御する。
【発明の効果】
【００２１】
上記変速機は、変速性能が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態の変速機が搭載された自転車の側面図。
【図２】図１の変速機の正面図。
【図３】図２の変速機の分解斜視図。
【図４】図２のＤ４−Ｄ４線に沿う断面図。
【図５】図３の変速機のクラッチ機構の正面図。
【図６】図５のクラッチ機構の斜視図。
【図７】図６の第１切替部およびその周辺の拡大図。
【図８】図６の第２切替部およびその周辺の拡大図。
【図９】第２軸および制御軸の分解斜視図。
【図１０】制御軸が第２軸に収容された状態における図９のＤ１０−Ｄ１０線に沿う断面図。
【図１１】（ａ）は制御軸が第２軸に収容された状態、かつ、第２係合部が第１状態における図９のＤ１１−Ｄ１１線に沿う断面図、（ｂ）は制御軸が第２軸に収容された状態、かつ、第２係合部が第２状態における図９のＤ１１−Ｄ１１線に沿う断面図。
【図１２】第１ロック解除部材がロック部材と第１キー部材とが係合している状態を解除している最中の第１切替部およびその周辺の拡大図。
【図１３】ロック部材と第１キー部材との係合している状態が解除されたときの第１切替部およびその周辺の拡大図。
【図１４】第１キー部材と第１同期歯車とが噛み合っている状態の第１切替部およびその周辺の斜視図。
【図１５】第１補助歯車と第１同期歯車とが噛み合っている状態の第１切替部およびその周辺の拡大図。
【図１６】第２補助歯車と第２同期歯車とが噛み合っている状態のクラッチ機構の拡大図。
【図１７】第１キー部材が案内部に接触している最中の第１切替部およびその周辺の拡大図。
【図１８】ロック部材と第１キー部材とが係合している状態の第１切替部およびその周辺の拡大図。
【図１９】各変速段に対応する係合部の状態を示す表。
【図２０】第２実施形態の変速機の部分断面図。
【図２１】第２実施形態の変速機の変速機構の斜視図。
【図２２】図２０の変速機の変速機構の正面図。
【図２３】第１キー部材が突出位置のときの図２２の変速機の変速機構の正面図。
【図２４】連結歯と第１歯車とが噛み合っている状態の図２２の変速機の変速機構の正面図。
【図２５】第２キー部材が突出位置のときの図２２の変速機の変速機構の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、内装変速機としての変速機５０が搭載された自転車１０の側面図である。自転車１０は、フレーム１２、ハンドルバー１４、前輪１６、後輪１８、駆動機構２０、アシスト機構２２、バッテリユニット２４、変速操作装置２６、制御部２８、および、変速機５０を備えている。
【００２４】
駆動機構２０は、左右のクランクアーム３０、クランク軸３２、左右のペダル３４、フロントスプロケット３６、リアスプロケット３８、および、チェーン４０を含む。左右のクランクアーム３０は、１つのクランク軸３２を介して回転可能にフレーム１２に取り付けられている。ペダル３４は、ペダル軸まわりに回転可能にクランクアーム３０に取り付けられている。
【００２５】
フロントスプロケット３６は、クランク軸３２に連結されている。フロントスプロケット３６は、クランク軸３２と同軸に設けられている。フロントスプロケット３６は、クランク軸３２と相対回転しないように連結されてもよいし、クランク軸３２が前転するときには、フロントスプロケット３６も前転するようにワンウェイクラッチ（図示略）を介して連結されてもよい。
【００２６】
リアスプロケット３８は、後輪１８の車軸１８Ａまわりに回転可能に取り付けられている。リアスプロケット３８は、変速機５０を介して後輪１８に連結されている。
チェーン４０は、フロントスプロケット３６とリアスプロケット３８とに巻き掛けられている。ペダル３４に加えられる人力駆動力によりクランクアーム３０が回転するとき、フロントスプロケット３６、チェーン４０、および、リアスプロケット３８により後輪１８が回転する。
【００２７】
アシスト機構２２は、アシストモータ４２および減速機（図示略）を備えている。アシスト機構２２は、アシストモータ４２の駆動により、フロントスプロケット３６を回転させる人力駆動動力をアシストする。アシスト機構２２は、クランク軸３２から入力される人力駆動力を検出するセンサ（図示略）を備え、人力駆動力に応じてアシストモータ４２を駆動する。アシストモータ４２は、例えば、電気モータである。アシストモータ４２の回転は、減速機を介してフロントスプロケット３６に伝達される。アシストモータ４２とフロントスプロケット３６との間には、クランクアーム３０が前転したときに人力駆動力によりアシストモータ４２が回転することを防止するためにワンウェイクラッチ（図示略）を設けることもできる。
【００２８】
バッテリユニット２４は、バッテリ４４、および、バッテリ４４をフレーム１２に着脱可能に取り付けるためのバッテリホルダ４６を備えている。バッテリ４４は、１または複数のバッテリセルを含む。バッテリ４４は、２次電池により構成される。バッテリ４４は、アシストモータ４２および変速機５０に電気的に接続され、アシストモータ４２および変速機５０に電力を供給する。
【００２９】
変速操作装置２６は、例えば複数のボタンを備え、変速機５０と電気的に接続されている。ユーザが変速操作装置２６のボタンを操作することにより、変速機５０が変速段を切り替える。
【００３０】
制御部２８は、アシスト操作部（図示略）の操作に基づき、アシストモータ４２を駆動させる、アシストモータ４２の出力を上昇させる、アシストモータ４２を停止させる、または、アシストモータ４２の出力を低下させる。
【００３１】
変速機５０は、リアスプロケット３８（図１参照）の回転を変速する。変速機５０は、後輪１８の車軸１８Ａ（図１参照）のハブと一体化され、複数の変速段を備えている。
図２または図３に示されるように、変速機５０は、ハブ軸５２、第１軸５４、第２軸５６、複数の第１回転体５８、複数の第２回転体６０、クラッチ機構６２、ハブシェル６４、支持部材６６、ならびに、駆動部６８を備える。なお、第２軸５６は、「中空軸」に相当する。
【００３２】
図２、図３、または、図４に示されるハブ軸５２は、自転車１０のフレーム１２（図１参照）に取り付け可能である。ハブ軸５２は、第１ハブ軸５２Ａ、および、第１ハブ軸５２Ａと分離している第２ハブ軸５２Ｂを備える。第１ハブ軸５２Ａは、ハブシェル６４の軸心方向の一方に突出している。第２ハブ軸５２Ｂは、ハブシェル６４の軸心方向の他方に突出している。第１ハブ軸５２Ａと第２ハブ軸５２Ｂとは、同軸である。支持部材６６は、第１ハブ軸５２Ａに連結される支持部材６６ａ、および、第２ハブ軸５２Ｂに連結される支持部材６６ｂを含む。支持部材６６ａ，６６ｂは、ハブ軸方向に間隔をあけて設けられる。支持部材６６ａは、第１ハブ軸５２Ａの第２ハブ軸５２Ｂ側の端部を支持する。支持部材６６ｂは、第２ハブ軸５２Ｂの第１ハブ軸５２Ａ側の端部を支持する。支持部材６６ａおよび支持部材６６ｂは、ハブ軸５２の径方向に延びる。
【００３３】
第１軸５４は、ハブ軸５２の軸心ＣＸから離間して設けられ、ハブ軸５２の軸心ＣＸまわりに回転不能である。第１軸５４は、中空に形成されている。ハブシェル６４の径方向におけるハブ軸５２と第１軸５４との間の距離と、ハブシェル６４の径方向におけるハブ軸５２と第２軸５６との間の距離は、実質的に等しい。第１軸５４の両端部はそれぞれ、支持部材６６ａ，６６ｂに支持され、支持部材６６ａ，６６ｂに固定される。第１軸５４は、第１軸５４の軸心ＣＹまわりに回転不能である。第１軸５４を介して、支持部材６６ａ，６６ｂが連結され、支持部材６６ａと支持部材６６ｂとの相対移動が阻止される。なお、支持部材６６ａと支持部材６６ｂとを連結する連結部材をさらに設けてもよい。
【００３４】
第２軸５６は、ハブ軸５２の軸心ＣＸおよび第１軸５４の軸心ＣＹから離間して設けられ、ハブ軸５２の軸心ＣＸまわりに回転不能である。第２軸５６は、複数の第２回転体６０を回転可能に支持する中空軸である。第１軸５４の軸心ＣＹと第２軸５６の軸心ＣＺとは、ハブ軸５２の軸心ＣＸに対して対称に配置されている。第２軸５６の両端部はそれぞれ、支持部材６６ａ，６６ｂに回転可能に支持される。第２軸５６は、第２軸５６の軸心ＣＺまわりに回転可能である。
【００３５】
図２または図３に示される複数の第１回転体５８は、第１軸５４と同軸に設けられ、第１軸５４の軸心ＣＹまわりに回転可能である。複数の第１回転体５８は、第１軸５４に回転可能に支持される。複数の第１回転体５８は、支持部材６６ａと支持部材６６ｂとの間に配置される。複数の第１回転体５８は、回転が入力される入力回転体としての複数の入力歯車７０、および、ハブシェル６４に回転を出力する出力回転体としての複数の出力歯車７２を含む。複数の第１回転体５８と第１軸５４との間には、それぞれベアリングを設けてもよい。なお、本実施形態の変速機５０に用いられる各歯車は、金属によって形成されてもよく、合成樹脂によって形成されてもよい。
【００３６】
複数の入力歯車７０は、互いに直径の異なる第１入力歯車７０Ａ、および、第２入力歯車７０Ｂを有する。第１入力歯車７０Ａは、第２入力歯車７０Ｂよりも直径が大きい。第１入力歯車７０Ａは、第２入力歯車７０Ｂよりも歯数が多い。第１入力歯車７０Ａと第２入力歯車７０Ｂとは一体的に形成されている。第１入力歯車７０Ａは、第１軸５４の軸方向において、第２入力歯車７０Ｂよりも第１ハブ軸５２Ａに近い位置に配置されている。なお、第１入力歯車７０Ａと第２入力歯車７０Ｂとは、ワンピースで形成されてもよく、別体で形成して、互いに固定してもよい。
【００３７】
複数の出力歯車７２は、互いに直径の異なる第１出力歯車７２Ａ、第２出力歯車７２Ｂ、および、第３出力歯車７２Ｃを有する。第１出力歯車７２Ａは、第２出力歯車７２Ｂおよび第３出力歯車７２Ｃよりも直径が大きい。第２出力歯車７２Ｂは、第３出力歯車７２Ｃよりも直径が大きい。第１出力歯車７２Ａ、第２出力歯車７２Ｂ、および、第３出力歯車７２Ｃの順に歯数が多い。第１出力歯車７２Ａ、第２出力歯車７２Ｂ、および、第３出力歯車７２Ｃは、一体的に形成されている。第１出力歯車７２Ａは、第２出力歯車７２Ｂよりも第１ハブ軸５２Ａ側に設けられる。第１出力歯車７２Ａは、ハブ軸方向において、ハブシェル６４のフランジ６４Ｂ間の間に配置される。
【００３８】
第１出力歯車７２Ａは、第１軸５４の軸方向において、第２出力歯車７２Ｂおよび第３出力歯車７２Ｃよりも第１ハブ軸５２Ａに近い位置に配置されている。
第２出力歯車７２Ｂは、第１軸５４の軸方向において、第３出力歯車７２Ｃよりも第１ハブ軸５２Ａに近い位置、換言すれば、第１軸５４の軸方向において、第１出力歯車７２Ａと第３出力歯車７２Ｃとの間に配置されている。第１出力歯車７２Ａ、第２出力歯車７２Ｂ、および、第３出力歯車７２Ｃは、ワンピースで形成されてもよく、別体で形成して、互いに固定してもよい。
【００３９】
複数の第２回転体６０は、第２軸５６と同軸に設けられ、第１回転体５８とそれぞれ連結されている。複数の第２回転体６０は、支持部材６６ａと支持部材６６ｂとの間に配置される。複数の第２回転体６０は、第２軸５６の軸心ＣＺまわりに回転可能である。複数の第２回転体６０は、複数の入力歯車７０にそれぞれ噛み合う複数の入力側歯車７４、および、複数の出力歯車７２にそれぞれ噛み合う複数の出力側歯車７６を有する。
【００４０】
複数の入力側歯車７４は、互いに直径の異なる第１入力側歯車７４Ａ、および、第２入力側歯車７４Ｂを有する。
第１入力側歯車７４Ａは、第２入力側歯車７４Ｂよりも直径が小さい。第１入力側歯車７４Ａは、第２入力側歯車７４Ｂよりも歯数が少ない。第１入力側歯車７４Ａは、第１軸５４の軸方向において、第２入力側歯車７４Ｂよりも第１ハブ軸５２Ａに近い位置に配置されている。第１入力側歯車７４Ａは、第１入力歯車７０Ａと噛み合っている。第２入力側歯車７４Ｂは、第２入力歯車７０Ｂと噛み合っている。
【００４１】
複数の出力側歯車７６は、互いに直径の異なる第１出力側歯車７６Ａ、第２出力側歯車７６Ｂ、および、第３出力側歯車７６Ｃを有する。
第１出力側歯車７６Ａは、第２出力側歯車７６Ｂおよび第３出力側歯車７６Ｃよりも直径が小さい。第２出力側歯車７６Ｂは、第３出力側歯車７６Ｃよりも直径が小さい。第１出力側歯車７６Ａ、第２出力側歯車７６Ｂ、および、第３出力側歯車７６Ｃの順に歯数が少ない。
【００４２】
第１出力側歯車７６Ａは、第１軸５４の軸方向において、第２出力側歯車７６Ｂおよび第３出力側歯車７６Ｃよりも第１ハブ軸５２Ａに近い位置に配置されている。第２出力側歯車７６Ｂは、第１軸５４の軸方向において、第３出力側歯車７６Ｃよりも第１ハブ軸５２Ａに近い位置、換言すれば、第１軸５４の軸方向において、第１出力側歯車７６Ａと第３出力側歯車７６Ｃとの間に配置されている。第１出力側歯車７６Ａは、第１出力歯車７２Ａと噛み合っている。第２出力側歯車７６Ｂは、第２出力歯車７２Ｂと噛み合っている。第３出力側歯車７６Ｃは、第３出力歯車７２Ｃと噛み合っている。
【００４３】
図５または図６に示されるクラッチ機構６２は、第２回転体６０の第２軸５６の軸心ＣＺまわりの回転状態を制御する。クラッチ機構６２は、制御軸７８、複数の係合部８０、複数のばね８２、増速機構８４、および、減速機構８６を有する。
【００４４】
図９または図１０に示される制御軸７８は、中空の第２軸５６内に配置され、第２軸５６に対する回転が可能である。制御軸７８は、第２軸５６と同軸に設けられ、第２軸５６とともに回転が可能である。制御軸７８は、少なくとも軸方向の一部が中空の第２軸５６内に配置される。制御軸７８は、係合部８０を制御する第１制御部分７８Ａおよび第２制御部分７８Ｂを有する。第１制御部分７８Ａは、制御軸７８の円筒状の外周面の一部である。第２制御部分７８Ｂは、制御軸７８の外周面に形成された凹部である。第２制御部分７８Ｂは、第２軸５６の軸方向において係合部８０に対応する位置に設けられる。
【００４５】
図９または図１０に示される複数の係合部８０は、爪形状の部材である。係合部８０は、第１入力側歯車７４Ａまたは第２入力側歯車７４Ｂのいずれかの回転を第２軸５６に選択的に伝達する。係合部８０は、第２軸５６の回転を第１出力側歯車７６Ａ、第２出力側歯車７６Ｂ、または、第３出力側歯車７６Ｃのいずれかに選択的に伝達する。
【００４６】
複数の係合部８０は、第２軸５６および制御軸７８の軸方向に並べて配置された第１係合部８０Ａ、第２係合部８０Ｂ、第３係合部８０Ｃ、第４係合部８０Ｄ、および、第５係合部８０Ｅを有する。複数の係合部８０は、第２軸５６の外周部に形成された複数の開口５６Ａにそれぞれ配置されている。各開口５６Ａは、第２軸５６の外周部および内周部を貫通している。各開口５６Ａは、第２軸５６の軸方向において、第１入力側歯車７４Ａ、第２入力側歯車７４Ｂ、第１出力側歯車７６Ａ、第２出力側歯車７６Ｂ、および、第３出力側歯車７６Ｃのそれぞれに対応する位置に設けられている。第２軸５６の軸方向に隣り合う各開口５６Ａは、第２軸５６の周方向に離間して形成されることが好ましい。
【００４７】
図４に示されるように、第１係合部８０Ａは、複数の開口５６Ａのうちの第１入力側歯車７４Ａの内周側に存在する開口５６Ａに配置されている。第２係合部８０Ｂは、複数の開口５６Ａのうちの第２入力側歯車７４Ｂの内周側に存在する開口５６Ａに配置されている。第３係合部８０Ｃは、複数の開口５６Ａのうちの第１出力側歯車７６Ａの内周側に存在する開口５６Ａに配置されている。第４係合部８０Ｄは、複数の開口５６Ａのうちの第２出力側歯車７６Ｂの内周側に存在する開口５６Ａに配置されている。第５係合部８０Ｅは、複数の開口５６Ａのうちの第３出力側歯車７６Ｃの内周側に存在する開口５６Ａに配置されている。
【００４８】
図９に示されるように、複数の係合部８０の先端は、第２軸５６の外周に取り付けられた弾性部材としての複数のばね８２により、開口５６Ａから突出するようにバイアスされている。複数の入力側歯車７４の内周部および複数の出力側歯車７６の内周部には、係合部８０に係合可能な被係合部７５（図１１参照）が形成されている。被係合部７５は、少なくとも１つの凹部または凸部を含む。本実施形態では、被係合部７５は、周方向に凹部と凸部とが交互に並んで形成されている。なお、被係合部７５は、ラチェット歯によって形成されていてもよい。
【００４９】
図１１（ａ）に示されるように、例えば、第２係合部８０Ｂと第２制御部分７８Ｂとが対向しているとき、第２係合部８０Ｂの先端は、ばね８２により付勢されて開口５６Ａから突出して、被係合部７５と係合する。このため、第２係合部８０Ｂが開口５６Ａから突出した第１状態では、第２係合部８０Ｂと第２入力側歯車７４Ｂとが噛み合う。
【００５０】
図１１（ｂ）に示されるように、例えば、第２係合部８０Ｂが第１制御部分７８Ａと対向しているとき、第２係合部８０Ｂの基端が第１制御部分７８Ａにより第２軸５６の径方向に押される。このため、第２係合部８０Ｂの先端は、ばね８２の付勢力に反して開口５６Ａ内に退避する。このため、第２係合部８０Ｂが開口５６Ａ内に退避した第２状態では、第２係合部８０Ｂと第２入力側歯車７４Ｂとが噛み合わない。
【００５１】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）では、第２係合部８０Ｂと第２入力側歯車７４Ｂとの連結および非連結の状態について示しているが、他の係合部８０とこれに対応する入力側歯車７４または出力側歯車７６との連結および非連結についても同様である。すなわち、係合部８０が第１制御部分７８Ａと対向すると、係合部８０が第１制御部分７８Ａに接触して第２軸５６の径方向に押されて退避位置に移動する。一方、係合部８０が第２制御部分７８Ｂと対向すると、係合部８０の基端部が被係合部７５の凹部に移動して係合部８０の先端部が突出位置に移動する。なお、係合部８０の基端部は、第２制御部分７８Ｂに接触していなくてもよく、接触していてもよい。
【００５２】
制御軸７８は、第２軸５６に対して回転することにより、各係合部８０Ａ〜８０Ｅが開口５６Ａから突出する第１状態と、各係合部８０Ａ〜８０Ｅが開口５６Ａ内に退避する第２状態とを切り替える。
【００５３】
第１係合部８０Ａは、第１状態のとき、第１入力側歯車７４Ａとともにワンウェイクラッチを構成する。第２係合部８０Ｂは、第１状態のとき、第２入力側歯車７４Ｂとともにワンウェイクラッチを構成する。第３係合部８０Ｃは、第１状態のとき、第１出力側歯車７６Ａとともにワンウェイクラッチを構成する。第４係合部８０Ｄは、第１状態のとき、第２出力側歯車７６Ｂとともにワンウェイクラッチを構成する。第５係合部８０Ｅは、第１状態のとき、第３出力側歯車７６Ｃとともにワンウェイクラッチを構成する。このようなワンウェイクラッチは、リアスプロケット３８が自転車１０の前進する方向に回転するとき、入力側歯車７４から係合部８０、および、係合部８０から出力側歯車７６に動力が伝達されるように機能する。
【００５４】
すなわち、第１係合部８０Ａが、第１状態のときであっても、第２軸５６の回転速度が第１入力側歯車７４Ａの回転速度よりも高い場合は、第１係合部８０Ａは第１入力側歯車７４Ａに係合せず、第１入力側歯車７４Ａはフリー回転可能である。第２係合部８０Ｂが、第１状態のときであっても、第２軸５６の回転速度が第２入力側歯車７４Ｂの回転速度よりも高い場合は、第２係合部８０Ｂは第２入力側歯車７４Ｂに係合せず、第２入力側歯車７４Ｂはフリー回転可能である。第３係合部８０Ｃが、第１状態のときであっても、第２軸５６の回転速度が第１出力側歯車７６Ａの回転速度よりも低い場合は、第３係合部８０Ｃは第１出力側歯車７６Ａに係合せず、第１出力側歯車７６Ａはフリー回転可能である。第４係合部８０Ｄが、第１状態のときであっても、第２軸５６の回転速度が第２出力側歯車７６Ｂの回転速度よりも低い場合は、第４係合部８０Ｄは第２出力側歯車７６Ｂに係合せず、第２出力側歯車７６Ｂはフリー回転可能である。第５係合部８０Ｅが、第１状態のときであっても、第２軸５６の回転速度が第３出力側歯車７６Ｃの回転速度よりも低い場合は、第５係合部８０Ｅは第３出力側歯車７６Ｃに係合せず、第３出力側歯車７６Ｃはフリー回転可能である。
【００５５】
図５または図６に示される増速機構８４は、第２軸５６の回転を増速して制御軸７８に与える。増速機構８４は、第１同期歯車８８、第２同期歯車９０、第１補助歯車９２、第２補助歯車９４、切替駆動部９６、および、第１切替部９８を有する。増速機構８４は、支持部材６６ａに関して支持部材６６ｂとは反対側に配置される。増速機構８４は、支持部材６６ａと、リアスプロケット３８（図３参照）との間に配置される。
【００５６】
第１同期歯車８８は、第２軸５６の端部に取り付けられ、第２軸５６と一体的に回転する。第２同期歯車９０は、制御軸７８の端部に取り付けられ、制御軸７８と一体的に回転する。第１同期歯車８８は、第２軸５６のリアスプロケット３８側の端部に設けられ、支持部材６６ａに関して支持部材６６ｂとは反対側に配置される。第２同期歯車９０は、制御軸７８のリアスプロケット３８側の端部に設けられ、支持部材６６ａに関して支持部材６６ｂとは反対側に配置される。第２同期歯車９０の直径は、第１同期歯車８８の直径よりも小さい。
【００５７】
図７に示される第１補助歯車９２は、支持部材６６ａに設けられる支持軸６６Ａに回転可能に取り付けられている。第１補助歯車９２は、外周の一部に歯が存在しない欠歯部９２Ａが形成されている。第１補助歯車９２は、第１同期歯車８８と噛み合うことが可能な位置に配置されている。支持軸６６Ａは、第２軸５６および制御軸７８に平行に設けられる。変速動作が行われていないときは、第１補助歯車９２の欠歯部９２Ａが第１同期歯車８８に対向する位置に配置されて、第１同期歯車８８と第１補助歯車９２との間で動力が伝達されない。
【００５８】
図５または図６に示されるように、第２補助歯車９４は、支持部材６６ａに設けられる支持軸６６Ａに回転可能に取り付けられている。第２補助歯車９４は、第１補助歯車９２と繋がっている。このため、第２補助歯車９４は、第１補助歯車９２と一体的に回転する。第２補助歯車９４は、第２同期歯車９０と噛み合うことが可能な位置に配置されている。第２補助歯車９４は、外周の一部に歯が存在しない欠歯部９４Ａが形成されている。変速動作が行われていないときは、第２補助歯車９４の欠歯部９４Ａが第２同期歯車９０に対向する位置に配置されて、第２同期歯車９０と第２補助歯車９４との間で動力が伝達されない。
【００５９】
切替駆動部９６は、変速用モータ１００、モータ減速機構１０１、および、回転運動を直線運動に変化する変換機構１０３とを備える。モータ減速機構１０１は、変速用モータ１００の出力軸に取り付けられた小径歯車１０２、小径歯車１０２と噛み合う大径歯車１０４とを含む。変換機構１０３は、大径歯車１０４と一体的に回転する中径歯車１０６と、中径歯車１０６とラックギア１０８Ａが形成されたガイド部材１０８とを含む。切替駆動部９６は、さらにガイド部材１０８を中立位置にバイアス可能なバイアス部材１０９、および、ガイド部材１０８の長手方向の端部に取り付けられたロック解除部材１１０，１１２を備える。
【００６０】
図４に示されるように、変速用モータ１００は、その一部が第１軸５４の内周部に収容される。変速用モータ１００の回転軸は、ハブ軸５２の軸心ＣＸに平行に設けられる。変速用モータ１００は、制御部１０５によって制御される。変速用モータ１００は、第１軸５４の内周部に設けられる制御部１０５に接続される。制御部１０５は、回路基板１０７、演算回路、および、メモリを含む。回路基板１０７は、ハブ軸５２に形成される孔５３、および、ロックナット１１５に形成される孔１１７を通過する電気配線（図示略）に接続され、バッテリ４４および変速操作装置２６（図１参照）と接続される。制御部１０５は、無線通信装置を備え、変速操作装置２６と無線通信を行ってもよい。
【００６１】
第１軸５４には、第１入力歯車７０Ａまたは第２入力歯車７０Ｂに対応する位置に第１貫通孔５４Ａが形成される。本実施形態では、第１貫通孔５４Ａは、第２入力歯車７０Ｂに対応する位置に形成されている。
【００６２】
また、第１軸５４には、第１出力歯車７２Ａ、第２出力歯車７２Ｂ、および、第３出力歯車７２Ｃのいずれかに対応する位置に第２貫通孔５４Ｂが形成される。本実施形態では、第２貫通孔５４Ｂは、第２出力歯車７２Ｂに対応する位置に形成されている。
【００６３】
第１軸５４の内周部には、第１入力歯車７０Ａまたは第２入力歯車７０Ｂの回転速度を検出するための第１センサ１１１と、第１出力歯車７２Ａ，第２出力歯車７２Ｂ、および、第３出力歯車７２Ｃのいずれかの回転速度を検出するための第２センサ１１３が設けられている。第１センサ１１１および第２センサ１１３は、回路基板１０７に設けられる。第１センサ１１１は、第１貫通孔５４Ａに対応する位置に設けられる。第２センサ１１３は、第２貫通孔５４Ｂに対応する位置に設けられる。第１センサ１１１および第２センサ１１３は、磁気センサ、光学センサなどによって構成される。第１センサ１１１および第２センサ１１３を、磁気センサによって構成する場合、第１入力歯車７０Ａまたは第２入力歯車７０Ｂの内周部と、第１出力歯車７２Ａ、第２出力歯車７２Ｂ、および、第３出力歯車７２Ｃのいずれかの内周部とに磁石を設ける。
【００６４】
第１入力歯車７０Ａまたは第２入力歯車７０Ｂの回転速度を検出することによって、クランク軸３２のケイデンスを算出することができる。クランク軸３２のケイデンスは、フロントスプロケット３６の歯数と、リアスプロケット３８の歯数と、第１入力歯車７０Ａまたは第２入力歯車７０Ｂの回転速度とに基づいて算出される。
【００６５】
第１出力歯車７２Ａ、第２出力歯車７２Ｂ、および、第３出力歯車７２Ｃのいずれか１つの回転速度を検出することによって、自転車１０の走行速度を算出することができる。自転車１０の走行速度は、リアホイールの半径または直径と、第１出力歯車７２Ａの歯数と、ハブシェル６４の内歯車６４Ａ（図３参照）の歯数と、第１出力歯車７２Ａ、第２出力歯車７２Ｂ、および、第３出力歯車７２Ｃのいずれか１つの回転速度とに基づいて算出される。
【００６６】
制御部１０５は、メモリに記憶される予め定めるプログラムに基づいて、クランク軸３２のケイデンス、および、自転車１０の走行速度を算出する。また、制御部１０５は、第１入力歯車７０Ａまたは第２入力歯車７０Ｂの回転速度と、第１出力歯車７２Ａ、第２出力歯車７２Ｂ、および、第３出力歯車７２Ｃのいずれか１つの回転速度とから、変速機５０の変速比を算出し、現在の変速段を特定する。変速比と変速段との対応関係は、予めメモリ対応して記憶されている。変速操作装置２６からの変装比を大きくするための変速信号が入力されると、制御部１０５は現在の変速比が、最大変速比ではない場合、変速比が大きくなるように変速用モータ１００を駆動する。一方、変速操作装置２６からの変装比を小さくするための変速信号が入力されると、制御部１０５は現在の変速比が、最小変速比ではない場合、変速比が小さくなるように変速用モータ１００を駆動する。第１貫通孔５４Ａおよび第２貫通孔５４Ｂには、磁気を透過する材料または光を透過する材料で構成される蓋を取り付けてもよい。制御部１０５が設けられる第１軸５４の内部空間は防水のため密閉されるのが好ましい。
【００６７】
変速操作装置２６（図１参照）からの信号に基づく変速用モータ１００の回転が、小径歯車１０２、大径歯車１０４、および、中径歯車１０６の順に伝達されることによって、ガイド部材１０８は、ラックギア１０８Ａの延びる方向に沿って移動する。バイアス部材１０９は、ガイド部材１０８がラックギア１０８Ａの延びる方向に沿って移動したときに、ガイド部材１０８に接触してガイド部材１０８が初期位置に戻る方向にバイアスする。
【００６８】
図５または図６に示される第１ロック解除部材１１０は、支持部材６６ａに設けられる支持軸６６Ｂのまわりに回転可能に取り付けられている。支持軸６６Ｂは、支持軸６６Ａに平行に設けられる。第１ロック解除部材１１０の一端部には、支持軸６６Ａに平行な支持軸１１０Ａが設けられている。支持軸１１０Ａは、ガイド部材１０８の長手方向の一方の端部に形成された長孔１０８Ｂに移動可能に挿入されている。ガイド部材１０８が移動すると、支持軸１１０Ａが長孔１０８Ｂにガイドされて、第１ロック解除部材１１０が支持軸６６Ｂまわりに回転する。
【００６９】
第２ロック解除部材１１２は、支持部材６６ａに設けられる支持軸６６Ｃのまわりに回転可能に取り付けられている。支持軸６６Ｃは、支持軸６６Ａに平行に設けられる。第２ロック解除部材１１２の一端部には、支持軸６６Ｃに平行な支持軸１１２Ａが設けられている。支持軸１１２Ａは、ガイド部材１０８の長手方向の他方の端部に形成された長孔１０８Ｂに移動可能に挿入されている。ガイド部材１０８が移動すると、支持軸１１２Ａが長孔１０８Ｂにガイドされて、第２ロック解除部材１１２が支持軸６６Ｃまわりに回転する。
【００７０】
図７に示される第１切替部９８は、第１補助歯車９２が第１同期歯車８８と噛み合う状態と、第１補助歯車９２が第１同期歯車８８と噛み合わない状態とを切り替える。第１切替部９８は、第１キー部材１１４、ばね１１６、ロック部材１１８、キー支持部材１２０、および、案内部１２２を備える。なお、図７においては、第２補助歯車９４の図示を省略している。
【００７１】
第１キー部材１１４は、第１補助歯車９２に設けられる支持軸９２Ｂのまわりに回転可能に取り付けられている。支持軸９２Ｂは、支持軸６６Ａに平行に設けられている。支持軸９２Ｂは、第１キー部材１１４の基端部を支持する。第１キー部材１１４の先端部には、突起１１４Ａが形成されている。第１キー部材１１４は、第１補助歯車９２の欠歯部９２Ａに突出して、第１同期歯車８８に接触する突出位置と、第１同期歯車８８と接触しない位置である退避位置との間で移動可能に設けられている。
【００７２】
ばね１１６は、支持軸９２Ｂのまわりに取り付けられ、第１キー部材１１４の先端が突出位置に突出する方向に、第１キー部材１１４を付勢している。ばね１１６は、ねじりばねによって構成される。
【００７３】
ロック部材１１８は、第１補助歯車９２に設けられる支持軸９２Ｃのまわりに回転可能に取り付けられ、係合部分１１８Ａおよび解除部分１１８Ｂを有する。支持軸９２Ｃは、支持軸６６Ａに平行に設けられている。支持軸９２Ｃは、係合部分１１８Ａおよび解除部分１１８Ｂの間に設けられている。
【００７４】
係合部分１１８Ａは、先端が爪形状であり、第１キー部材１１４が退避位置にあるときに、第１キー部材１１４の先端の突起１１４Ａと係合可能である。解除部分１１８Ｂは、支持軸９２Ｃのまわりに係合部分１１８Ａと一体的に回転する。解除部分１１８Ｂは、第１ロック解除部材１１０に押されて一方向に回転することにより、係合部分１１８Ａの先端を第１補助歯車９２の外方に移動させ、係合部分１１８Ａの先端と第１キー部材１１４の突起１１４Ａとが係合している状態を解除する。
【００７５】
キー支持部材１２０は、第１補助歯車９２と一体的に形成される。キー支持部材１２０は、第１キー部材１１４が突出位置にあるときに、第１キー部材１１４が退避位置から突出位置に向かう方向における第１キー部材１１４の支持軸９２Ｂまわりの回転を阻止して、第１キー部材１１４を支持する。これによって第１キー部材１１４が支持軸６６Ａまわりの一方向に回転したときに、第１補助歯車９２を一方向に回転させることができる。
【００７６】
案内部１２２は、支持部材６６に取り付けられる。案内部１２２は、第１補助歯車９２が回転することにより、第１キー部材１１４を突出位置から退避位置に移動させる。第１キー部材１１４が突出位置にあるときに、第１補助歯車９２が回転すると、第１キー部材１１４が案内部１２２に接触することによって、第１キー部材１１４が支持軸９２Ｂまわりの他方向に回転する。第１キー部材１１４が退避位置に移動すると、係合部分１１８Ａが突起１１４Ａに係合することによって、第１キー部材１１４が再び退避位置に保持される。
【００７７】
図５または図６に示される減速機構８６は、第２軸５６の回転を減速して制御軸７８に与える。減速機構８６は、第３同期歯車１２６、第３補助歯車１２８、および、第４補助歯車１３０、および、第２切替部１３２を有する。減速機構８６は、支持部材６６ａに関して支持部材６６ｂとは反対側に配置される。減速機構８６は、支持部材６６ａと、リアスプロケット３８との間に配置される。
【００７８】
第３同期歯車１２６は、制御軸７８の端部に取り付けられ、制御軸７８と一体的に回転可能である。第３同期歯車１２６は、第２同期歯車９０よりも制御軸７８の軸方向の外方に取り付けられている。第３同期歯車１２６は、制御軸７８のリアスプロケット３８側の端部に設けられ、支持部材６６ａに関して支持部材６６ｂとは反対側に配置される。第３同期歯車１２６は、第２同期歯車９０よりも歯数が多い。第３同期歯車１２６の直径は、第１同期歯車８８の直径よりも大きい。第３同期歯車１２６は、第２補助歯車９４よりも直径が大きい。第３同期歯車１２６は、第２同期歯車９０と一体で形成されてもよい。
【００７９】
図８に示される第３補助歯車１２８は、支持部材６６ａに設けられる支持軸６６Ｄに回転可能に取り付けられている。第３補助歯車１２８は、外周の一部に歯が存在しない欠歯部１２８Ａが形成されている。第３補助歯車１２８は、第３同期歯車１２６と噛み合うことが可能な位置に配置されている。なお、図８においては、第４補助歯車１３０の図示を省略している。支持軸６６Ｄは、第２軸５６および制御軸７８に平行に設けられる。変速動作が行われていないときは、第３補助歯車１２８の欠歯部１２８Ａが第１同期歯車８８に対向する位置に配置されて、第１同期歯車８８と第３補助歯車１２８との間で動力が伝達されない。
【００８０】
第２切替部１３２は、第３補助歯車１２８が第１同期歯車８８と噛み合う状態と、第３補助歯車１２８が第１同期歯車８８と噛み合わない状態とを切り替える。第２切替部１３２は、第２キー部材１３４、ばね１３６、ロック部材１３８、キー支持部材１４０、および、案内部１４２を備える。
【００８１】
第２キー部材１３４は、第３補助歯車１２８に設けられる支持軸１２８Ｂのまわりに回転可能に取り付けられている。支持軸１２８Ｂは、支持軸６６Ｄに平行に設けられている。支持軸１２８Ｂは、第２キー部材１３４を支持する。第２キー部材１３４の先端部には、突起１３４Ａが形成されている。第２キー部材１３４は、第３補助歯車１２８の欠歯部１２８Ａに突出して、第１同期歯車８８に接触する突出位置と、第１同期歯車８８と接触しない位置である退避位置との間で移動可能に設けられている。
【００８２】
ばね１３６は、支持軸１２８Ｂのまわりに取り付けられ、第２キー部材１３４の先端が突出位置に突出する方向に、第１キー部材１１４を付勢している。ばね１１６は、ねじりばねによって構成される。
【００８３】
ロック部材１３８は、第３補助歯車１２８に設けられる支持軸１２８Ｃのまわりに回転可能に取り付けられ、係合部分１３８Ａおよび解除部分１３８Ｂを有する。支持軸１２８Ｃは、支持軸６６Ｄに平行に設けられている。支持軸１２８Ｃは、係合部分１１８Ａおよび解除部分１１８Ｂの間に設けられている。
【００８４】
係合部分１３８Ａは、先端が爪形状であり、第２キー部材１３４が退避位置にあるときに、第１キー部材１１４の先端の突起１３４Ａと係合可能である。解除部分１３８Ｂは、支持軸１２８Ｃのまわりに係合部分１３８Ａと一体的に回転する。解除部分１３８Ｂは、第２ロック解除部材１１２に押されて一方向に回転することにより、係合部分１３８Ａの先端を第３補助歯車１２８の外方に移動させ、係合部分１３８Ａの先端と第２キー部材１３４の突起１３４Ａの突起とが係合している状態を解除する。
【００８５】
キー支持部材１４０は、第３補助歯車１２８と一体的に形成される。キー支持部材１４０は、第２キー部材１３４が突出位置にあるときに、第２キー部材１３４が退避位置から突出位置に向かう方向における第２キー部材１３４の支持軸１２８Ｂまわりの回転を阻止して、第２キー部材１３４を支持する。これによって、第２キー部材１３４が支持軸６６Ｄまわりの一方向に回転したときに、第３補助歯車１２８を一方向に回転させることができる。
【００８６】
案内部１４２は、支持部材６６に取り付けられる。案内部１４２は、第３補助歯車１２８が回転することにより、第２キー部材１３４を突出位置から退避位置に移動させる。第２キー部材１３４が突出位置にあるときに、第３補助歯車１２８が回転すると、第２キー部材１３４が案内部１４２に接触することによって、第２キー部材１３４が支持軸１２８Ｂまわりの他方向に回転する。第２キー部材１３４が退避位置に移動すると、係合部分１３８Ａが突起１３４Ａに係合することによって、第２キー部材１３４が再び退避位置に保持される。
【００８７】
図５または図６に示されるように、第４補助歯車１３０は、支持部材６６ａに設けられる支持軸６６Ｄに回転可能に取り付けられている。第４補助歯車１３０は、第３補助歯車１２８と繋がっている。このため、第４補助歯車１３０は、第３補助歯車１２８と一体的に回転する。第４補助歯車１３０は、第３同期歯車１２６と噛み合うことが可能な位置に配置されている。
【００８８】
第４補助歯車１３０は、外周の一部に歯が存在しない欠歯部１３０Ａが形成されている。第４補助歯車１３０は、第２補助歯車９４よりも直径が小さい。変速動作が行われていないときは、第４補助歯車１３０の欠歯部１３０Ａが第３同期歯車１２６に対向する位置に配置され、第３同期歯車１２６と第４補助歯車１３０との間で動力が伝達されない。
【００８９】
図３および図４に示されるように、ハブシェル６４には、出力歯車７２のうちの第１出力歯車７２Ａと噛み合う内歯車６４Ａが形成されている。内歯車６４Ａは、ハブシェル６４の内周部で、ハブ軸５２まわりに環状に形成されている。内歯車６４Ａは、ハブシェル６４と一体で形成されてもよく、ハブシェル６４とは別体で形成してハブシェル６４の内周部に圧入などによって固定されてもよい。ハブシェル６４は、ハブ軸５２に回転可能に支持されている。ハブシェル６４のハブ軸方向の一端部は、ベアリングを介して駆動部６８に回転可能に支持されている。ハブシェル６４のハブ軸方向の他端部は、ベアリングを介して第２ハブ軸５２Ｂに支持されている。
【００９０】
駆動部６８は、リアスプロケット３８が取り付けられている駆動体１４４、および、駆動体１４４からの動力が伝達される入力部１４６を備える。駆動部６８は、ロックナット１１５を介して第１ハブ軸５２Ａに回転可能に支持されている。駆動体１４４は、ベアリングを介してロックナット１１５に支持されている。ロックナット１１５には、配線を引き出すための孔１１７が形成されている。駆動体１４４は、リアスプロケット３８を着脱可能に固定可能な取付部を含む。駆動体１４４は、ハブシェル６４の側面の開口をカバーする側壁部１４４Ａと、側壁部１４４Ａからハブシェル６４の内周部に延びる環状部１４４Ｂとを含む。ハブシェル６４は、ベアリングを介して環状部１４４Ｂに回転可能に支持されている。
【００９１】
入力部１４６は、ワンウェイクラッチ１４６Ｂを介して駆動体１４４に接続される。入力部１４６は、リアスプロケット３８および駆動体１４４が前転したとき、リアスプロケット３８および駆動体１４４とともに一体的に回転する。入力部１４６は、環状に形成される。入力部１４６には、入力歯車７０のうちの第１入力歯車７０Ａと噛み合う内歯車１４６Ａが形成されている。入力部１４６は、ハブ軸方向の一端部が、環状部１４４Ｂの外周部を外囲するように配置される。ハブ軸方向の一端部と、環状部１４４Ｂの外周部との間にワンウェイクラッチ１４６Ｂが設けられる。ワンウェイクラッチ１４６Ｂは、リアスプロケット３８が自転車１０の前進する方向に回転するときに、駆動体１４４の回転を入力部１４６に伝達する。ワンウェイクラッチ１４６Ｂは、ローラクラッチによって構成されてもよく、爪式のクラッチによって形成されてもよい。
【００９２】
変速機５０の作用について説明する。
図１に示されるペダル３４に加えられる人力駆動力によりクランクアーム３０が回転するとき、フロントスプロケット３６、チェーン４０、および、リアスプロケット３８が回転する。
【００９３】
図３に示されるリアスプロケット３８が回転することにより、駆動体１４４が回転する。駆動体１４４の回転は、ワンウェイクラッチ１４６Ｂを介して入力部１４６に伝達される。入力部１４６の回転は、入力部１４６の内歯車１４６Ａと噛み合っている第１入力歯車７０Ａ、および、第１入力歯車７０Ａと一体的に形成されている第２入力歯車７０Ｂ、すなわち、入力歯車７０に伝達される。入力歯車７０の回転は、入力歯車７０と噛み合っている入力側歯車７４に伝達される。入力側歯車７４のうちの係合部８０と噛み合っている第１入力側歯車７４Ａまたは第２入力側歯車７４Ｂの回転が第２軸５６および制御軸７８に伝達される。なお、入力側歯車７４のうちの係合部８０と噛み合っていない第１入力側歯車７４Ａまたは第２入力側歯車７４Ｂは、第２軸５６のまわりに空転する。
【００９４】
第２軸５６および制御軸７８の回転は、出力側歯車７６のうちの係合部８０と噛み合っている第１出力側歯車７６Ａ、第２出力側歯車７６Ｂ、または、第３出力側歯車７６Ｃに伝達される。なお、第１出力側歯車７６Ａ、第２出力側歯車７６Ｂ、および、第３出力側歯車７６Ｃのうちの係合部８０と噛み合っていない２つの歯車は、第２軸５６のまわりに空転する。
【００９５】
出力側歯車７６の回転は、出力側歯車７６と噛み合っている出力歯車７２に伝達される。第１出力歯車７２Ａ、第２出力歯車７２Ｂ、および、第３出力歯車７２Ｃは、一体的に回転し、第１出力歯車７２Ａと噛み合っている内歯車６４Ａが回転することにより、ハブシェル６４がハブ軸５２の軸心ＣＸまわりに回転する。ハブシェル６４が回転することにより後輪１８（図１参照）が回転する。
【００９６】
また、ユーザが変速操作装置２６（図１参照）を操作することにより、変速機５０の変速段を変更する旨の要求があったとき、第２軸５６と制御軸７８の相対回転位相が変更されることにより、変速機５０の変速段が変更される。
【００９７】
図５または図１２に示されるように、例えば、ユーザから、変速機５０の変速比を高くする旨の要求があったとき、切替駆動部９６の変速用モータ１００が一方向に回転し、変速用モータ１００の出力軸の回転が、小径歯車１０２、大径歯車１０４、および、中径歯車１０６の順に伝達される。中径歯車１０６の回転は、ガイド部材１０８のラックギア１０８Ａに伝達され、ガイド部材１０８が一方向に移動する。ガイド部材１０８の長孔１０８Ｂの端部が第１ロック解除部材１１０の支持軸１１０Ａと接触することにより、第１ロック解除部材１１０が支持軸６６Ｂのまわりに一方向に回転し、第１ロック解除部材１１０の先端がロック部材１１８の解除部分１１８Ｂと接触する。これによって、ロック部材１１８が支持軸９２Ｃのまわりに回転し、係合部分１１８Ａと第１キー部材１１４の突起１１４Ａとの係合が解除される。
【００９８】
図１３に示されるように、係合部分１１８Ａと第１キー部材１１４の突起１１４Ａとの係合が解除されることにより、第１キー部材１１４がばね１１６の付勢力により、退避位置から突出位置に移動し、第１キー部材１１４が、第１同期歯車８８と噛み合う。
【００９９】
図１４および図１５に示されるように、第１同期歯車８８の回転が第１キー部材１１４に伝達されることにより、第１補助歯車９２が回転し、第１補助歯車９２と第１同期歯車８８とが噛み合う。
【０１００】
図１６に示されるように、第１補助歯車９２が回転することにともない、第１補助歯車９２と繋がっている第２補助歯車９４が一体的に回転し、第２補助歯車９４が、第２同期歯車９０と噛み合う。第２同期歯車９０の直径は、第１同期歯車８８の直径よりも小さいので、第２軸５６の回転が増速されて制御軸７８に伝達されることとなる。このため、制御軸７８が第２軸５６に対して軸心ＣＺまわりに相対回転して、第２軸５６と制御軸７８との相対回転位相が変化し、係合部８０Ａ〜８０Ｅのうちの少なくともいずれか１つの状態が変化して、変速比が高くなる。
【０１０１】
一方、例えば、ユーザから、変速機５０の変速比を低くする旨の要求があったとき、切替駆動部９６の変速用モータ１００が他方向に回転し、変速用モータ１００の出力軸の回転が、小径歯車１０２、大径歯車１０４、および、中径歯車１０６の順に伝達される。中径歯車１０６の回転は、ガイド部材１０８のラックギア１０８Ａに伝達され、ガイド部材１０８が他方向に移動する。ガイド部材１０８の長孔１０８Ｂの端部が第２ロック解除部材１１２の支持軸１１２Ａと接触することにより、第２ロック解除部材１１２が支持軸６６Ｃのまわりに一方向に回転し、第２ロック解除部材１１２の先端がロック部材１３８の解除部分１３８Ｂと接触する。その後、第２切替部１３２は、第１切替部９８と同様に動作し、第３補助歯車１２８が回転することにともない、第３補助歯車１２８と繋がっている第４補助歯車１３０が一体的に回転し、第４補助歯車１３０が、第３同期歯車１２６と噛み合う。第３同期歯車１２６の直径は、第１同期歯車８８の直径よりも大きいため、第２軸５６の回転が減速されて制御軸７８に伝達されることとなる。このため、制御軸７８が第２軸５６に対して軸心ＣＺまわりに相対回転して、第２軸５６と制御軸７８との相対回転位相が変化し、係合部８０Ａ〜８０Ｅのうちの少なくともいずれか１つのいずれかの状態が変化して、変速比が低くなる。
【０１０２】
第２軸５６の回転が増速されて制御軸７８に伝達された後の第１切替部９８の動作について説明する。
図１７に示されるように、第２軸５６の回転が増速されて制御軸７８に伝達された後、第１補助歯車９２が所定角度回転することにより、第１キー部材１１４が案内部１２２と接触する。第１キー部材１１４と案内部１２２とが接触した状態で第１補助歯車９２がさらに回転すると、第１キー部材１１４は、ばね１１６の付勢力に抗して突出位置から退避位置に移動する。
【０１０３】
図１８に示されるように、第１キー部材１１４が退避位置に移動することにより、第１キー部材１１４の突起１１４Ａとロック部材１１８の係合部分１１８Ａとが係合する。第１キー部材１１４の突起１１４Ａとロック部材１１８の係合部分１１８Ａとが係合した状態で、第１補助歯車９２がさらに回転することにより、第１補助歯車９２の欠歯部９２Ａが第１同期歯車８８と対向する位置まで第１補助歯車９２が回転したとき、第１補助歯車９２と第１同期歯車８８とが噛み合わなくなり、図７に示される状態となる。これにより、第１補助歯車９２の回転が停止する。なお、第２切替部１３２についても同様の動作により、図８に示される状態となり、第３補助歯車１２８の回転が停止する。
【０１０４】
第１補助歯車９２が一回転すると、制御軸７８が第２軸５６の軸心ＣＺまわりの第１方向に相対回転して、第２軸５６と制御軸７８との相対回転位相が所定量だけ変化する。第４補助歯車１３０が一回転すると、制御軸７８が第２軸５６の軸心ＣＺまわりの第２方向に相対回転して、第２軸５６と制御軸７８との相対回転位相が所定量だけ変化する。第２軸５６と制御軸７８との相対回転位相が所定量だけ変化すると、一段変速するように、第２軸５６上の第２制御部分７８Ｂの位置が予め決定されている。
【０１０５】
図１９に示されるように、本実施形態の変速機５０の変速段は、６段である。図１９において、「ｕｐ」は、対応する係合部８０が第１状態であることを示し、「ｄｏｗｎ」は、対応する係合部８０が第２状態であることを示している。
【０１０６】
段数１においては、第１入力側歯車７４Ａに係合可能な第１係合部８０Ａ、および、第１出力側歯車７６Ａに係合可能な第３係合部８０Ｃが第１状態となり、第２係合部８０Ｂ、第４係合部８０Ｄ、および、第５係合部８０Ｅは第２状態となる。
【０１０７】
段数２においては、第１入力側歯車７４Ａに係合可能な第１係合部８０Ａ、および、第２出力側歯車７６Ｂに係合可能な第４係合部８０Ｄが第１状態となり、第２係合部８０Ｂ、第３係合部８０Ｃ、および、第５係合部８０Ｅは第２状態となる。
【０１０８】
段数３においては、第１入力側歯車７４Ａに係合可能な第１係合部８０Ａ、および、第３出力側歯車７６Ｃに係合可能な第５係合部８０Ｅが第１状態となり、第２係合部８０Ｂ、第３係合部８０Ｃ、および、第４係合部８０Ｄは第２状態となる。
【０１０９】
段数４においては、第２入力側歯車７４Ｂに係合可能な第２係合部８０Ｂ、および、第１出力側歯車７６Ａに係合可能な第３係合部８０Ｃが第１状態となり、第１係合部８０Ａ、第４係合部８０Ｄ、および、第５係合部８０Ｅは第２状態となる。
【０１１０】
段数５においては、第２入力側歯車７４Ｂに係合可能な第２係合部８０Ｂ、および、第２出力側歯車７６Ｂに係合可能な第４係合部８０Ｄが第１状態となり、第１係合部８０Ａ、第３係合部８０Ｃ、および、第５係合部８０Ｅは第２状態となる。
【０１１１】
段数６においては、第２入力側歯車７４Ｂに係合可能な第２係合部８０Ｂ、および、第３出力側歯車７６Ｃに係合可能な第５係合部８０Ｅが第１状態となり、第１係合部８０Ａ、第３係合部８０Ｃ、および、第４係合部８０Ｄは第２状態となる。
【０１１２】
例えば、段数３から段数４に変更するとき、増速機構８４により第２軸５６の回転が制御軸７８に増速して伝達され、第３出力側歯車７６Ｃに係合可能な第５係合部８０Ｅが第１状態から第２状態に変化する。そして、第２入力側歯車７４Ｂに係合可能な第２係合部８０Ｂが第１状態から第２状態に変化する。
【０１１３】
なお、第１入力側歯車７４Ａに係合可能な第１係合部８０Ａは、段数４、段数５、および、段数６においては、第１状態または第２状態を取り得る。段数４、段数５、および、段数６においては、第２入力側歯車７４Ｂの回転速度が第１入力側歯車７４Ａの回転速度よりも高い。このため、第２軸５６の回転速度が第１入力側歯車７４Ａの回転速度よりも高くなるので、第１係合部８０Ａが第１状態であっても、第１係合部８０Ａが、第１入力側歯車７４Ａと係合することはない。したがって第１係合部８０Ａは、制御軸７８によって制御しなくてもよい。
【０１１４】
また、第１出力側歯車７６Ａに係合可能な第３係合部８０Ｃは、段数２、段数３、段数５、および、段数６においては、第１状態または第２状態を取り得る。段数２、段数３、段数５、および、段数６においては、第２出力側歯車７６Ｂまたは第３出力側歯車７６Ｃの回転速度が、第１出力側歯車７６Ａの回転速度よりも高い。このため、第２軸５６の回転速度が第１出力側歯車７６Ａの回転速度よりも低くなるので、第３係合部８０Ｃが第１状態であっても、第３係合部８０Ｃが、第１出力側歯車７６Ａと係合することはない。したがって第３係合部８０Ｃは、制御軸７８によって制御しなくてもよい。
【０１１５】
変速するときに複数の係合部８０が動作する必要がある場合、動作すべき係合部８０がほぼ同時に動くように構成してもよく、第１状態から第２状態にすべき係合部８０を動作させた後、第２状態から第１状態にすべき係合部８０を動作させるように構成してもよい。第２制御部分７８Ｂの制御軸７８まわりの位置を予め設定することによって、係合部８０の動作タイミングを設定することができる。
【０１１６】
変速機５０によれば、例えば以下の効果が得られる。
（１）クラッチ機構６２の増速機構８４および第１切替部９８は、人力駆動力による第２軸５６の回転を増速して制御軸７８に伝達し、変速機５０の変速段を高くする。このため、変速機５０の変速段が適切に変更されやすく、変速性能が高められる。
【０１１７】
（２）クラッチ機構６２の増速機構８４および第１切替部９８は、人力駆動力による第２軸５６の回転を増速して制御軸７８に伝達し、変速機５０の変速段を変更する。このように、変速機５０は、力の大きい人力駆動力を利用して変速するので変速しやすくなる。
【０１１８】
（３）クラッチ機構６２の増速機構８４および第２切替部１３２は、人力駆動力による第２軸５６の回転を減速して制御軸７８に伝達し、変速機５０の変速段を変更する。このように、変速機５０は、力の大きい人力駆動力を利用して変速するので、変速しやすくなる。
【０１１９】
（４）変速機５０は、ハブ軸５２の軸心ＣＸから離間して設けられた第１軸５４および第２軸５６を備える。第１軸５４には第１回転体５８が取り付けられ、第２軸５６には、第２回転体６０が取り付けられている。このため、変速機５０の設計の自由度が高い。
【０１２０】
（第２実施形態）
図２０〜図２５を参照して、第２実施形態の変速機１５０について説明する。なお、第１実施形態と共通する構成については第１実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１２１】
図２０、図２１、または、図２２に示されるように、内装変速機としての変速機１５０は、ハブ軸１５２、駆動体１５３、変速部１５６、および、クラッチ部１５８を備える。第２実施形態の変速機１５０は、例えば、特許第３６５４８４５号公報に開示されているような、遊星歯車機構１５５を備える変速機である。変速機１５０は、ハブ軸１５２を自転車１０のフレーム１２（図１参照）に回転不能に固定し、遊星歯車機構１５５の第１太陽歯車１６０および第２太陽歯車１６２を制御するためにハブ軸１５２上に設けられる爪１６１を制御する構造を有する。
【０１２２】
駆動体１５３は、リアスプロケット３８（図３参照）が取り付けられ、人力駆動力が伝達されることにより一方向に回転する。リアスプロケット３８と駆動体１５３との間には、リアスプロケット３８が前転したときのみに回転を駆動体１５３に伝達可能なワンウェイクラッチを設けてもよい。
【０１２３】
変速部１５６は、駆動体１５３と接続され、複数の変速段を構成可能である。変速機１５０は、駆動体１５３とハブシェル６４との間の動力伝達経路に複数の遊星歯車機構１５５を備える。複数の遊星歯車機構１５５は、第１遊星歯車機構１５７、および、第２遊星歯車機構１５９を含む。変速部１５６は、駆動体１５３とハブシェル６４との間で、複数の動力伝達経路を切り替えることによって変速する。
【０１２４】
変速部１５６は、さらに第１遊星歯車機構１５７および第２遊星歯車機構１５９を制御する爪１６１を備える。爪１６１は、ハブ軸１５２の外周面に取り付けられ、径方向の外方に付勢されている爪１６１Ａおよび爪１６１Ｂを含む。
【０１２５】
爪１６１Ａは、第１遊星歯車機構１５７の第１太陽歯車１６０を制御する。爪１６１Ｂは、第２遊星歯車機構１５９の第２太陽歯車１６２を制御する。
第１遊星歯車機構１５７は、ハブシェル６４の内周部に形成されるリングギア６４Ｂ、複数の第１遊星歯車１６３、複数の第１遊星歯車１６３を回転可能に支持する第１キャリア１６５、および、第１太陽歯車１６０を含む。複数の第１遊星歯車１６３は、リングギア６４Ｂおよび第１太陽歯車１６０と噛み合っている。第１太陽歯車１６０は、ハブ軸１５２の軸心まわりに回転可能である。
【０１２６】
第２遊星歯車機構１５９は、ハブシェル６４の内周部に形成されるリングギア６４Ｂ、複数の第２遊星歯車１６７、複数の第２遊星歯車１６７を回転可能に支持する第２キャリア１６９、および、第２太陽歯車１６２を含む。複数の第２遊星歯車１６７は、複数の第１遊星歯車１６３と一体に形成されており、第２太陽歯車１６２と噛み合っている。
【０１２７】
第２太陽歯車１６２は、ハブ軸１５２の軸心まわりに回転可能である。第２太陽歯車１６２は、第１太陽歯車１６０よりも直径が大きい。
第１遊星歯車１６３と第２遊星歯車１６７とは、段付き遊星歯車を形成している。第１遊星歯車１６３の直径は、第２遊星歯車１６７の直径よりも大きい。
【０１２８】
第１キャリア１６５および第２キャリア１６９は、一体に形成されている。第１キャリア１６５は、駆動体１５３に連結されている。第２キャリア１６９は、ワンウェイクラッチ１７１を介してハブシェル６４に接続されている。
【０１２９】
クラッチ部１５８は、駆動体１５３の一方向の回転力を第１の回転方向の回転力として変速部１５６に伝達して変速部１５６を動作させる第１の状態と、駆動体１５３の一方向の回転力を第１の回転方向とは反対の回転方向の回転力として変速部１５６に伝達して変速部１５６を動作させる第２の状態とを切り替える。また、クラッチ部１５８は、第１の状態と、第２の状態と、駆動体１５３の一方向の回転力を変速部１５６に伝達しない第３の状態とを切り替え可能である。クラッチ部１５８は、第１太陽歯車１６０および第２太陽歯車１６２の回転状態を制御する。
【０１３０】
クラッチ部１５８は、入力部１５４、中空軸１６４、第１歯車１６６、第２歯車１６８、第３歯車１７０、第１キー部材１７２、第４歯車１７４、および、第２キー部材１７６を備える。入力部１５４は、駆動体１５３に設けられ、駆動体１５３と一体に回転する。入力部１５４は、駆動体１５３と一体形成されてもよい。入力部１５４は、環状に形成されている。
【０１３１】
中空軸１６４は、ハブ軸１５２に対して回転可能に取り付けられている。中空軸１６４は、外周部に２つの開口１６４Ａ，１６４Ｂが形成されている。開口１６４Ａ，１６４Ｂには、ハブ軸１５２の外周に取り付けられた爪１６１Ａ，１６１Ｂがそれぞれ配置されている。開口１６４Ａと爪１６１Ａとが面しているとき、爪１６１Ａが開口１６４Ａから突出し、第１太陽歯車１６０と噛み合う。このとき、開口１６４Ｂと爪１６１Ｂとは面しないため、爪１６１Ｂが開口１６４Ｂから突出しない。
【０１３２】
開口１６４Ｂと爪１６１Ｂとが面しているとき、爪１６１Ｂが開口１６４Ｂから突出し、第２太陽歯車１６２と噛み合う。このとき、開口１６４Ａと爪１６１Ａとは面しないため、爪１６１Ａが開口１６４Ａから突出しない。なお、以下では、第１太陽歯車１６０および第２太陽歯車１６２のうちの爪１６１Ａまたは爪１６１Ｂと噛み合っている歯車を「伝達歯車」と称する。
【０１３３】
２つの開口１６４Ａ，１６４Ｂの両方が２つの爪１６１Ａ，１６１Ｂに面していないとき、２つの爪１６１Ａ，１６１Ｂは、開口１６４Ａ，１６４Ｂから突出しない。
以上のように中空軸１６４は、爪１６１Ａ，１６１Ｂを制御して、第１太陽歯車１６０および第２太陽歯車１６２を以下の３つの状態にすることができる。これによって変速機１５０は、３段の変速機として機能する。
【０１３４】
変速段数１の場合、第１太陽歯車１６０および第２太陽歯車１６２は、爪１６１Ａおよび爪１６１Ｂと噛み合わない。すなわち、変速段数１の場合、伝達歯車が存在しない。
変速段数２の場合、第１太陽歯車１６０は、爪１６１Ａと噛み合わず、第２太陽歯車１６２が爪１６１Ｂと噛み合う。すなわち、変速段数２の場合、第２太陽歯車１６２が伝達歯車となる。
【０１３５】
変速段数３の場合、第１太陽歯車１６０が、爪１６１Ａと噛み合い、第２太陽歯車１６２は、爪１６１Ｂと噛み合わない。すなわち、変速段数３の場合、第１太陽歯車１６０が伝達歯車となる。
【０１３６】
第１歯車１６６は、中空軸１６４の端部に固定され、中空軸１６４と一体で回転可能である。第１歯車１６６および中空軸１６４は、ハブ軸１５２と同軸に設けられている。第１歯車１６６は、中空軸１６４の駆動体１５３側の端部に固定される。
【０１３７】
第２歯車１６８は、入力部１５４の周方向に沿って、入力部１５４に形成された内歯車１５４Ａと噛み合っている。第２歯車１６８は、ハブ軸１５２に固定して設けられる支持体（図示しない）に回転可能に支持されている。第２歯車１６８の回転軸はハブ軸に平行に設けられている。第２歯車１６８は、第３歯車１７０とは歯噛み合わず、第４歯車１７４と噛み合うことが可能な位置に配置されている。第２歯車１６８は、第１歯車１６６と噛み合っていない。
【０１３８】
第３歯車１７０は、駆動体１５３の内周側において、入力部１５４の内歯車１５４Ａと噛み合うことが可能な位置に配置されている。第３歯車１７０は、内歯車１５４Ａと噛み合う通常歯１７０Ａ、外周の一部の通常歯１７０Ａが存在しない部分である欠歯部１７０Ｂ、および、第１歯車１６６と噛み合うことが可能な連結歯１７０Ｃを備える。連結歯１７０Ｃは、通常歯１７０Ａよりも、ハブ軸１５２の軸方向において、変速部１５６から離れた位置に形成されている。
【０１３９】
第１キー部材１７２は、第３歯車１７０に取り付けられている。第１キー部材１７２は、第３歯車１７０の欠歯部１７０Ｂから突出して入力部１５４の内歯車１５４Ａと接触する突出位置と、内歯車１５４Ａと接触しない退避位置との間で移動可能に設けられている。第１キー部材１７２の突出位置と退避位置との間の移動は、電気モータ（図示略）により行われる。
【０１４０】
第４歯車１７４は、入力部１５４の内周側において、第２歯車１６８と噛み合うことが可能な位置に配置されている。第４歯車１７４は、第２歯車１６８と噛み合う通常歯１７４Ａ、外周の一部の通常歯１７４Ａが存在しない部分である欠歯部１７４Ｂ、および、第１歯車１６６と噛み合うことが可能な連結歯１７４Ｃを備える。連結歯１７４Ｃは、通常歯１７４Ａよりも、ハブ軸１５２の軸方向において、変速部１５６から離れた位置に形成されている。
【０１４１】
第２キー部材１７６は、第４歯車１７４に取り付けられている。第２キー部材１７６は、第４歯車１７４の欠歯部１７４Ｂから突出して第２歯車１６８と接触する突出位置と、第２歯車１６８と接触しない退避位置との間で移動可能に設けられている。第２キー部材１７６の突出位置と退避位置との間の移動は、電気モータ（図示略）により行われる。なお、第１キー部材１７２および第２キー部材１７６の制御は、前述した実施形態のように１個の電気モータの回転方向を変更することによって行われてもよい。
【０１４２】
変速機１５０の作用について説明する。
駆動体１５３の回転は、第１キャリア１６５を介して遊星歯車機構１５５に伝達される。第１遊星歯車１６３および第２遊星歯車１６７のうちの伝達歯車と噛み合っている遊星歯車は、伝達歯車の周囲を自転しながら公転し、ハブシェル６４のリングギア６４Ｂに回転を伝達する。伝達歯車が存在しない場合には、第２キャリア１６９からハブシェル６４に回転を伝達する。なお、クラッチ部１５８は、駆動体１５３の一方向の回転力を中空軸１６４に伝達しない第３の状態を維持している。
【０１４３】
また、ユーザが変速操作装置２６（図１参照）を操作することにより、変速機１５０の変速段を変更する旨の要求があったとき、ハブ軸１５２と中空軸１６４との相対回転位相が変更されることにより、変速機１５０の変速段（変速比）が変更される。
【０１４４】
図２３に示されるように、ユーザから変速機１５０の変速比を高くする旨の要求があったとき、第１キー部材１７２を駆動するモータにより、第１キー部材１７２が退避位置から突出位置に移動する。第１キー部材１７２が突出位置に移動することにより、第１キー部材１７２と内歯車１５４Ａとが接触し、駆動体１５３の回転が第３歯車１７０に伝達される。
【０１４５】
図２４に示されるように、第３歯車１７０が回転することにより、連結歯１７０Ｃと第１歯車１６６とが噛み合い、駆動体１５３の回転が第１歯車１６６に伝達され、第１歯車１６６が駆動体１５３の回転方向である第１の回転方向とは反対の回転方向に回転する第２の状態となる。すなわち、第１歯車１６６がハブ軸１５２に対して相対回転し、爪１６１Ａ，１６１Ｂの状態が切り替わる。このため、伝達歯車を、第１太陽歯車１６０から第２太陽歯車１６２に切り替えることができる。なお、変速機１５０の変速比が最も高い状態ときに、変速比を高くする旨の要求があったときには、制御部がモータを動作させない。
【０１４６】
一方、図２５に示されるように、ユーザから変速機１５０の変速比を低くする旨の要求があったとき、第２キー部材１７６を駆動するモータにより、第２キー部材１７６が退避位置から突出位置に移動する。第２キー部材１７６が突出位置に移動することにより、第２キー部材１７６と第２歯車１６８とが接触する。第２歯車１６８の第１の回転方向の回転が第４歯車１７４に伝達されることにより、第４歯車１７４の通常歯１７４Ａが第１歯車１６６と噛み合う。このため、第１歯車１６６が駆動体１５３の第１の回転方向に回転する第１の状態となる。すなわち、第１歯車１６６がハブ軸１５２に対して相対回転し、爪１６１Ａ，１６１Ｂの状態が切り替わる。このため、伝達歯車を、第２太陽歯車１６２から第１太陽歯車１６０に切り替えることができる。なお変速機１５０の変速比が最も低い状態ときに、変速比を高くする旨の要求があったときには、制御部がモータを動作させない。
【０１４７】
変速機１５０によれば、例えば以下の効果が得られる。
（５）駆動体１５３に伝達される人力駆動力を利用して、変速機１５０の変速段が変更されるため、変速機１５０に入力される駆動力が高負荷の状態においても変速性能を高く維持することができる。
【０１４８】
（変形例）
上記実施形態に関する説明は、本発明に従う変速機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。本発明に従う変速機は、実施形態以外に例えば以下に示される実施形態の変形例、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。
【０１４９】
・変形例の変速機５０は、入力歯車７０および出力歯車７２の少なくとも一方が、第１軸５４と一体的に回転する。
・変形例の変速機５０は、第１回転体５８および第２回転体６０の歯車に代えて、スプロケットまたはプーリーを含む。この変形例の変速機５０は、チェーンまたはベルトによって第１回転体５８および第２回転体６０を連結するとともに、駆動部６８と第１回転体５８との間、または、第２回転体６０とハブシェル６４との間に回転方向を逆転させる逆転機構を設ける。逆転機構はたとえば、複数のギアによってすることができる。
【０１５０】
・変形例の変速機５０は、第２入力歯車７０Ｂが省略される。この変形例の変速機５０は、第２入力側歯車７４Ｂ、第２入力側歯車７４Ｂに対応する第２係合部８０Ｂ、第２制御部分７８Ｂ、および、開口５６Ａも省略する。すなわち、この変形例の変速機５０の変速段は、３段である。
【０１５１】
・変形例の変速機５０は、第２出力歯車７２Ｂ、および、第３出力歯車７２Ｃのうちの少なくとも１つの歯車が省略される。第２出力歯車７２Ｂを省略する場合、第２出力側歯車７６Ｂおよび対応する第４係合部８０Ｄ、第２制御部分７８Ｂ、および、開口５６Ａも省略する。第３出力歯車７２Ｃを省略する場合、第３出力側歯車７６Ｃおよび対応する第５係合部８０Ｅ、第２制御部分７８Ｂ、および、開口５６Ａも省略する。１つの歯車が省略される場合、この変形例の変速機５０の変速段は、３段である。２つの歯車が省略される場合、この変形例の変速機５０の変速段は、４段である。
【０１５２】
・変形例の変速機５０は、第１入力側歯車７４Ａまたは第２入力側歯車７４Ｂが省略される。第１入力側歯車７４Ａを省略する場合は、第１入力側歯車７４Ａに対応する係合部８０Ａ、第２制御部分７８Ｂ、および、開口５６Ａも省略する。第２入力側歯車７４Ｂを省略する場合は、第２入力歯車７０Ｂ、第２入力側歯車７４Ｂに対応する第２係合部８０Ｂ、第２制御部分７８Ｂ、および、開口５６Ａも省略する。すなわち、この変形例の変速機５０の変速段は、３段である。
【０１５３】
・変形例の変速機５０は、第１出力側歯車７６Ａ、第２出力側歯車７６Ｂ、または、第３出力側歯車７６Ｃのうちの１つの歯車、または、２つの歯車が省略される。第１出力側歯車７６Ａを省略する場合は、第１出力側歯車７６Ａに対応する係合部８０Ａ、第２制御部分７８Ｂ、および、開口５６Ａも省略する。第２出力側歯車７６Ｂを省略する場合は、第１出力側歯車７６Ａに対応する第４係合部８０Ｄ、第２制御部分７８Ｂ、および、開口５６Ａも省略し、第２出力歯車７２Ｂを省略してもよい。第３出力側歯車７６Ｃを省略する場合は、第３出力側歯車７６Ｃに対応する第５係合部８０Ｅ、第２制御部分７８Ｂ、および、開口５６Ａも省略し、第３出力歯車７２Ｃを省略してもよい。１つの歯車が省略される場合、この変形例の変速機５０の変速段は、４段である。２つの歯車が省略される場合、この変形例の変速機５０の変速段は、２段である。
【０１５４】
・変形例の変速機５０は、増速機構８４、切替駆動部９６、第１切替部９８、減速機構８６、および、第２切替部１３２が省略される。この変形例の変速機５０は、電気モータ等のアクチュエータが制御軸７８を直接またはモータ減速機構を介して回転させることにより、第２軸５６に対する制御軸７８の相対回転位相を変更して、変速機５０の変速段を変更する。
【０１５５】
・変形例の変速機５０は、ハブシェル６４の径方向におけるハブ軸５２と第１軸５４との間の距離と、ハブシェル６４の径方向におけるハブ軸５２と第２軸５６との間の距離とが異なる。
【０１５６】
・変形例の変速機５０は、第１軸５４の軸心ＣＹと第２軸５６の軸心ＣＺとが、ハブ軸５２の軸心ＣＸに対して対称に配置されていない。
・変形例の変速機５０は、増速機構８４によって変速比が低くなるように変速し、減速機構８６によって変速比が高くなるように変速してもよい。
【０１５７】
・変形例の変速機５０は、入力歯車７０および入力側歯車７４をそれぞれ３枚以上の歯車で形成してもよく、出力歯車７２および出力側歯車７６をそれぞれ４枚以上の歯車で形成してもよい。
【０１５８】
・リアスプロケット３８は、ハブ軸５２と同軸に設けられているが、リアスプロケット３８をハブ軸５２とは別の軸まわりに回転するように設けてもよい。変速機５０において、たとえば第１軸５４と同軸にリアスプロケット３８を設けてもよい。
【０１５９】
・変形例の変速機５０は、第１軸５４の軸心ＣＹと第２軸５６の軸心ＣＺとが、ハブ軸５２の軸心ＣＸに対して対称に配置されていない。
・変形例の変速機５０は、３つ以上遊星歯車機構および３つ以上の爪を備える。また変速部１５６の構成は、太陽歯車を制御する構成であればどのような構成であってもよい。
【０１６０】
・変形例の変速機５０，１５０は、クランク軸３２の近傍に設けられる。例えばクランク軸３２が駆動体１４４に直接または間接的に接続され、ハブシェル６４の内歯車６４Ａがフロントスプロケット３６に直接または間接的に接続される。この場合、ハブシェル６４は省略できる。
【０１６１】
・変形例の変速機５０，１５０は、アシスト機構２２の内部に設けられる。例えばクランク軸３２が駆動体１４４に直接または間接的に接続され、ハブシェル６４の内歯車６４Ａがフロントスプロケット３６に直接または間接的に接続される。この場合、ハブシェル６４は省略できる。
【０１６２】
・リアスプロケット３８は、ハブ軸５２と同軸に設けられているが、リアスプロケット３８をハブ軸５２とは別の軸まわりに回転するように設けてもよい。変速機５０において、たとえば第１軸５４と同軸にリアスプロケット３８を設けてもよい。
【０１６３】
・変形例の変速機５０は、制御軸７８に係合部８０が設けられ、第２軸５６によって、係合部８０の第１状態と第２状態とを切り替える。この変形例においては、第２軸５６の周方向における複数の開口５６Ａの位置がそれぞれ異なり、第１係合部８０Ａ〜第５係合部８０Ｅのうちの開口５６Ａと面する係合部８０が第１状態となり、開口５６Ａと面しない係合部８０が第２状態となる。
【符号の説明】
【０１６４】
１０              自転車
５０，１５０      変速機
５２              ハブ軸
５２Ａ            第１ハブ軸
５２Ｂ            第２ハブ軸
５４              第１軸
５６              第２軸
５６Ａ            開口
５８              第１回転体
６０              第２回転体
６２              クラッチ機構
６４              ハブシェル
６４Ａ            内歯車
６６              支持部材
６８              駆動部
７０              入力歯車（入力回転体）
７２              出力歯車（出力回転体）
７４              入力側歯車
７６              出力側歯車
７８              制御軸
７８Ａ            制御部分
８０              係合部
８２              ばね（弾性部材）
８４              増速機構
８６              減速機構
８８              第１同期歯車
９０              第２同期歯車
９２              第１補助歯車
９２Ａ            欠歯部
９４              第２補助歯車
９８              第１切替部
１２６            第３同期歯車
１２８            第３補助歯車
１２８Ａ          欠歯部
１３０            第４補助歯車
１３２            第２切替部
１４６Ａ          内歯車
１５３            駆動体
１５５            遊星歯車機構
１５６            変速部
１５８            クラッチ部
１６０            第１太陽歯車（太陽歯車）
１６２            第２太陽歯車（太陽歯車）
【図１】
0006302870.tif 000002
【図２】
0006302870.tif 000003
【図３】
0006302870.tif 000004
【図４】
0006302870.tif 000005
【図５】
0006302870.tif 000006
【図６】
0006302870.tif 000007
【図７】
0006302870.tif 000008
【図８】
0006302870.tif 000009
【図９】
0006302870.tif 000010
【図１０】
0006302870.tif 000011
【図１１】
0006302870.tif 000012
【図１２】
0006302870.tif 000013
【図１３】
0006302870.tif 000014
【図１４】
0006302870.tif 000015
【図１５】
0006302870.tif 000016
【図１６】
0006302870.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0006302870.tif 000019
【図１９】
0006302870.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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