(57)【要約】【課題】構造が簡単で、汎用的に様々な自転車に取り付けられる内装式の自転車用変速装置を提供する。【解決手段】ペダルの踏力により回転するクランク軸５１に固定した低速回転体１と、クランク軸５１に対して自由に回転可能な高速回転体２とを対向させ、低速回転体１に遊星歯車１１を軸着し、フレーム５３側に固定された太陽歯車１２を遊星歯車１１の内側に、高速回転体２に刻設した内歯歯車１３を遊星歯車１１の外側にそれぞれ噛合させ、低速回転体１及び高速回転体２の外周部にラチェット爪１４，１５をそれぞれ設け、これらのラチェット爪１４，１５が係合するラチェット歯１６をスプロケット３と一体化された従動環体４の内側に形成し、高速回転体２を貫通させて切替部材１７を設け、切替部材１７の進退に伴い、高速回転体２のラチェット爪１５とラチェット歯１６との係脱を切り替えて変速するように構成する。【選択図】図１
2005280591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルの踏力により回転するクランク軸に固定した低速回転体と、クランク軸に対して自由に回転可能な高速回転体とを対向させ、低速回転体に遊星歯車を軸着し、フレーム側に固定された太陽歯車を遊星歯車の内側に噛合させると共に、高速回転体に刻設した内歯歯車を遊星歯車の外側に噛合させ、低速回転体及び高速回転体の外周部にラチェット爪をそれぞれ設け、これらのラチェット爪が係合するラチェット歯をスプロケットと一体化された従動環体の内側に形成し、高速回転体を貫通させて切替部材を設け、切替部材の進退に伴い、高速回転体のラチェット爪とラチェット歯との係脱を切り替えて変速するようにした自転車用変速装置。
【請求項２】
前記低速回転体と高速回転体の間に中速回転体を介在させ、この中速回転体の外周部にも前記従動環体のラチェット歯に係合するラチェット爪を設け、前記クランク軸と軸線が直交する傘歯車を中速回転体に軸着し、この傘歯車を高速回転体と低速回転体とに形成した環状傘歯に噛合させ、前記切替部材を中速回転体の方向へ延長して、その先端に環状部を設け、切替部材の進退に伴い、高速回転体及び中速回転体のラチェット爪とラチェット歯との係脱を切り替えて変速するようにした請求項１に記載の自転車用変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自転車のクランク軸部に設ける変速装置であって、遊星歯車機構を使用したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、走行する路面の勾配に応じてペダルの踏み込み負荷を調整する自転車用変速装置として、スポーツ用の自転車には、多数段のスプロケットにチェーンを掛け替える外装式のものが装備されるが、日常の街乗り用自転車には、変速操作を容易かつスムーズに行える遊星歯車機構を使用した内装式のものが装備される場合が多い。
【０００３】
この内装式変速装置として、下記特許文献１には、フレームに組み込まれるギヤケースとペダルの踏力により回転するクランク軸に対して回動自在に従動回転体を設け、その一側にスプロケットを固定し、クランク軸と一体に回転するキャリヤに複数段の遊星歯車を軸支し、遊星歯車の各段内側にそれぞれ回動可能な太陽歯車を噛合させると共に、遊星歯車のいずれかの段の外側に従動回転体に設けた内歯歯車を噛合させ、キャリヤと従動回転体の間に回転速度差を吸収するラチェット機構を設け、各段の太陽歯車の回転を許容・阻止する一方向クラッチの切替操作を行うことにより、クランク軸に対して増速される内歯歯車を切り替えて変速を行うものが記載されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、フレームに固定されるギヤケースとペダルの踏力により回転するクランク軸に対して回動自在に、スプロケット及び大径の太陽歯車を一側及び他側に一体的に形成した従動回転体を設け、クランク軸と一体に回転するキャリヤに大小２段の遊星歯車を軸支し、遊星歯車の大径段内側にクランク軸に対して相対回転可能な小径の太陽歯車を噛合させ、遊星歯車の小径段内側に大径の太陽歯車を噛合させると共に、遊星歯車の各段外側にそれぞれ内歯歯車を噛合させ、小径の太陽歯車と従動回転体の間に回転速度差を吸収するラチェット機構を設け、各段の内歯歯車のギヤケースに対する回転を許容・阻止する一方向クラッチの切替操作を行うことにより、クランク軸に対して増速される太陽歯車を切り替えて変速を行うものが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６３０８１号公報
【特許文献２】特開平６−２９８１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような変速装置では、ラチェット機構や各段の太陽歯車又は内歯歯車に対応した一方向クラッチを構成する多数の部品が必要となり、構造が複雑になるという問題がある。
【０００７】
また、チェーンを掛けるスプロケットがギヤケースの側方に位置するので、変速装置のない自転車に後から取り付けることができないという問題もある。
【０００８】
そこで、この発明は、構造が簡単で、汎用的に様々な自転車に取り付けられる内装式の自転車用変速装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、この発明は、ペダルの踏力により回転するクランク軸に固定した低速回転体と、クランク軸に対して自由に回転可能な高速回転体とを対向させ、低速回転体に遊星歯車を軸着し、フレーム側に固定された太陽歯車を遊星歯車の内側に噛合させると共に、高速回転体に刻設した内歯歯車を遊星歯車の外側に噛合させ、低速回転体及び高速回転体の外周部にラチェット爪をそれぞれ設け、これらのラチェット爪が係合するラチェット歯をスプロケットと一体化された従動環体の内側に形成し、高速回転体を貫通させて切替部材を設け、切替部材の進退に伴い、高速回転体のラチェット爪とラチェット歯との係脱を切り替えて変速するようにしたのである。
【００１０】
また、前記低速回転体と高速回転体の間に中速回転体を介在させ、この中速回転体の外周部にも前記従動環体のラチェット歯に係合するラチェット爪を設け、前記クランク軸と軸線が直交する傘歯車を中速回転体に軸着し、この傘歯車を高速回転体と低速回転体とに形成した環状傘歯に噛合させ、前記切替部材を中速回転体の方向へ延長して、その先端に環状部を設け、切替部材の進退に伴い、高速回転体及び中速回転体のラチェット爪とラチェット歯との係脱を切り替えて変速するようにしたのである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る自転車用変速機では、低速回転体及び高速回転体は常時回転しており、切替部材の進退に伴い高速回転体のラチェット爪を従動環体のラチェット歯に係脱させて変速するため、多段の遊星歯車、太陽歯車及び内歯歯車を設けてこれらの伝達経路を切り替える必要がなく、構造が簡素化されて製造コストが低減され、使用時における信頼性も向上する。
【００１２】
また、低速回転体と高速回転体の間に中速回転体を設け、この中速回転体を傘歯車を介して低速回転体と高速回転体の中間の速度で回転させ、中速回転体の外周部にも切替部材の進退に伴い従動環体のラチェット歯に係脱するラチェット爪を設けると、コンパクトかつ簡単な構造で３段変速が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、この発明の第１実施形態として、２段変速の自転車用変速装置を図１乃至図４に基づいて説明する。
【００１４】
この変速装置は、図１乃至図３に示すように、円盤状の低速回転体１と高速回転体２とを対向させ、自転車に取り付けた状態において、低速回転体１をペダルの踏力により回転するクランク軸５１のクランクアーム５２側に配置し、高速回転体２をフレーム５３側に配置するように構成されている。低速回転体１はクランク軸５１に固定され、高速回転体２はクランク軸５１に対してベアリングを介し自由に回転可能とされている。
【００１５】
低速回転体１及び高速回転体２の外周側には、チェーンを掛けるスプロケット３の内径側にスプロケット３と一体化された従動環体４が設けられ、この従動環体４は、低速回転体１及び高速回転体２に対して周縁部のフランジで挟み込まれたベアリングを介し自由に回転可能に保持されている。
【００１６】
低速回転体１には、３個の遊星歯車１１が周方向に間隔をおいて軸着され、これらの遊星歯車１１の内側には、フレーム５３側に固定された太陽歯車１２が噛合し、遊星歯車１１の外側には、高速回転体２に刻設された内歯歯車１３が噛合している。太陽歯車１２の内径側とクランク軸５１の間にはベアリングが介在している。
【００１７】
低速回転体１及び高速回転体２の外周部には、各４個のラチェット爪１４，１５が設けられ、これらのラチェット爪１４，１５の先端部が従動環体４の内径側に形成されたラチェット歯１６に係合するようになっている。ラチェット爪１５はラチェット爪１４よりも後部が大きくなっている。
【００１８】
高速回転体２のフレーム５３側には、ラチェット爪１５の後部内周側に対し貫通穴を介して進退する切替部材１７が設けられている。切替部材１７はスプリングによりラチェット爪１５から離反する方向に付勢され、切替部材１７の先端の押圧面はラチェット爪１５に向かって傾斜している。
【００１９】
切替部材１７の後部は円環状とされ、その内周側には切替筒１８がフレーム５３に固定して設けられている。切替筒１８の外周にはリードの大きいねじが刻設され、このねじに螺合する切替リング１９は、ワイヤ操作により切替筒１８の外周に沿って回転し、クランク軸５１の軸方向に移動して、切替部材１７を進退させる。
【００２０】
このような変速装置では、クランク軸５１を回転させると、低速回転体１に軸着された遊星歯車１１がクランク軸５１の周囲を公転し、太陽歯車１２に内側が噛合した遊星歯車１１は、クランク軸５１と同方向に自転する。このため、遊星歯車１１の外側に内歯歯車１３が噛合した高速回転体２は、クランク軸５１より増速されて回転する。
【００２１】
そして、図１に示すように、切替部材１７が後退した位置にあるときには、切替部材１７は高速回転体２のラチェット爪１５から離れているので、突出方向に付勢されたラチェット爪１５とラチェット歯１６との係合状態が維持され、高速回転体２の回転がラチェット爪１５を介してスプロケット３へ伝達される。
【００２２】
このとき、ラチェット爪１４のラチェット歯１６に対する滑動作用により、低速回転体１と従動環体４との相対回転が許容され、低速回転体１は、動力の伝達とは関係なく、クランク軸５１と一体に高速回転体２より低速で回転している。
【００２３】
一方、変速操作に伴い、図４に示すように、切替リング１９を回転させると、切替リング１９で押されて切替部材１７が前進し、切替部材１７によりラチェット爪１５の後部が押圧されて、図２に鎖線で示すようにラチェット爪１５が揺動し、ラチェット爪１５とラチェット歯１６との係合が解除される。
【００２４】
このため、ラチェット爪１４とラチェット歯１６の係合により、低速回転体１の回転が従動環体４へ伝達され、スプロケット３は、クランク軸５１と同一の速度で増速されることなく回転する。
【００２５】
なお、この状態から逆の変速操作を行うと、スプリングの付勢力により切替リング１９が逆回転し、図１に示すように、切替部材１７がラチェット爪１５から離反するように後退して、ラチェット爪１５とラチェット歯１６とが再度係合するので、クランク軸５１の回転が増速される状態となる。
【００２６】
次に、この発明の第２実施形態として、３段変速の自転車用変速装置を図５乃至図１０に基づいて説明する。なお、ここでは、上記第１実施形態と共通する部分についての説明は省略する。
【００２７】
この変速装置では、図５乃至図８に示すように、低速回転体１と高速回転体２の間に中速回転体５が介在し、この中速回転体５の外周部にも従動環体４のラチェット歯１６に係合するラチェット爪２０が設けられている。
【００２８】
また、中速回転体５には、クランク軸５１と軸線が直交する傘歯車２１が周方向に間隔をおいて４個軸着され、この傘歯車２１は、高速回転体２と低速回転体１とに形成された環状傘歯２２，２３に噛合している。
【００２９】
また、切替部材１７は、高速回転体２のラチェット爪１５に向かって傾斜した第１押圧面２４から中速回転体５の方向へ延長され、その先端に設けられた環状部２５には、中速回転体５のラチェット爪２０に向かって傾斜した第２押圧面２６が形成されている。
【００３０】
このような変速装置では、クランク軸５１を回転させると、高速回転体２は、遊星歯車１１の作用により、クランク軸５１と同一の速度で回転する低速回転体１よりも増速されて回転し、中速回転体５は、傘歯車２１の作用により、高速回転体２と低速回転体１の中間の速度で回転する。
【００３１】
そして、図５に示すように、切替部材１７が最も後退した位置にあるときには、切替部材１７の各押圧面２４，２６が高速回転体２及び中速回転体５のラチェット爪１５，２０から離れているので、突出方向に付勢されたラチェット爪１５，２０とラチェット歯１６との係合状態が維持され、高速回転体２の回転がスプロケット３に伝達される。
【００３２】
次に、図９に示すように、切替リング１９を１段階回転させて、切替部材１７を中間位置まで前進させると、切替部材１７の第１押圧面２４が高速回転体２のラチェット爪１５を押圧して揺動させ、このラチェット爪１５とラチェット歯１６との係合が解除されるので、中速回転体５の回転がスプロケット３に伝達される。
【００３３】
さらに、図１０に示すように、切替リング１９を２段階回転させて、切替部材１７を最も前進した位置まで押し込むと、切替部材１７の環状部２５が中速回転体５のラチェット爪２０を押圧して揺動させ、このラチェット爪２０とラチェット歯１６との係合も解除されるので、クランク軸５１の回転が低速回転体１のラチェット爪１４を介して増速されることなくスプロケット３に伝達される。
【００３４】
なお、切替部材１７は、高速回転体２と同一の速度で回転しているので、中間回転体５との間に回転速度の差が生じるが、切替部材１７の先端に環状部２５を設けているので、いずれの位相においても、中間回転体５のラチェット爪２０を押圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１実施形態に係る変速装置の高速伝達状態を示す縦断側面図
【図２】同上の高速回転体の噛合状態をクランクアーム側から示す図
【図３】同上の低速回転体をフレーム側から示す図
【図４】同上の変速装置の低速伝達状態の縦断側面図
【図５】第２実施形態に係る変速装置の高速伝達状態を示す縦断側面図
【図６】同上の高速回転体の噛合状態をクランクアーム側から示す図
【図７】同上の中速回転体と低速回転体の組合状態をフレーム側から示す図
【図８】同上の低速回転体をフレーム側から示す図
【図９】同上の変速装置の中速伝達状態を示す縦断側面図
【図１０】同上の変速装置の低速伝達状態を示す縦断側面図
【符号の説明】
【００３６】
１  低速回転体
２  高速回転体
３  スプロケット
４  従動環体
１１  遊星歯車
１２  太陽歯車
１３  内歯歯車
１４，１５  ラチェット爪
１６  ラチェット歯
１７  切替部材
１８  切替筒
１９  切替リング
２０  ラチェット爪
２１  傘歯車
２２，２３  環状傘歯
２４  第１押圧面
２５  環状部
２６  第２押圧面
５１  クランク軸
５２  クランクアーム
５３  フレーム
【図１】
2005280591.tif 000003
【図２】
2005280591.tif 000004
【図３】
2005280591.tif 000005
【図４】
2005280591.tif 000006
【図５】
2005280591.tif 000007
【図６】
2005280591.tif 000008
【図７】
2005280591.tif 000009
【図８】
2005280591.tif 000010
【図９】
2005280591.tif 000011
【図１０】
2005280591.tif 000012