(57)【要約】【課題】構造を複雑にすることなく、減速比の大きい遊星歯車機構とする。【解決手段】入力側の回転軸１に外向きの歯８を有する太陽歯車２を設けて一体に回転可能とし、太陽歯車２の外径側に、内向きの歯１４を有する外輪歯車６を設けて回転軸１に対し回転自在とし、太陽歯車２と外輪歯車６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て相互に噛み合わせ、前記各遊星歯車１０，１５は回転のみ許容し公転しないようにする。また、その複数の遊星歯車１０，１５との間に、内向きの歯９と外向きの歯１３とを有するリング歯車４を介在させて上記回転軸１及び上記外輪歯車６に対し回転自在とし、前記各遊星歯車１０，１５及びリング歯車４により、太陽歯車２の回転を外輪歯車６に伝達可能とした。このようにすれば、太陽歯車の径に対して外輪歯車の径をより大きなものとし得るとともに、公転を許容しない遊星歯車を介して駆動するので、構造を複雑にしない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側の回転軸１に外向きの歯８を有する太陽歯車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、内向きの歯１４を有する外輪歯車６を設けて出力側とするとともに、その外輪歯車６を前記回転軸１に対し回転自在とし、前記太陽歯車２の外向きの歯８と前記外輪歯車６の内向きの歯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て相互に噛み合わせ、前記各遊星歯車１０，１５は、対応する各遊星支軸１１，１６周りの回転のみ許容されて公転しないようになっており、前記各遊星歯車１０，１５により、前記太陽歯車２の回転を前記外輪歯車６に伝達可能としたことを特徴とするトルク伝達構造。
【請求項２】
上記複数の遊星歯車１０，１５との間に、内向きの歯９と外向きの歯１３とを有するリング歯車４を介在させてそのリング歯車４を上記回転軸１及び上記外輪歯車６に対し回転自在とし、前記リング歯車４により、内径側に位置する前記遊星歯車１０の回転を、外径側に位置する前記遊星歯車１５に伝達可能としたことを特徴とする請求項１に記載のトルク伝達構造。
【請求項３】
上記回転軸１に径方向に延びるクランク３１を接続して、クランク３１に加えられる周方向の力によって前記回転軸１を回転可能とし、上記外輪歯車６に外向きのスプロケット１８を設け、前記回転軸１とは別に設けた駆動軸２３に外向きのスプロケット２０を設け、前記両スプロケット１８，２０に噛み合うチェーンＣを設けて、そのチェーンＣにより、前記外輪歯車６の回転を前記駆動軸２３に伝達可能としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトルク伝達構造。
【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トルク伝達構造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トルク伝達構造は、自転車の運転者が足でペダルを踏み込むことによりスプロケットをクランク軸周り一体に回転させ、その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やや小型の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スプロケットの半径を小さくすれば、前記回転力は、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】
このトルク伝達構造において、クランクの長さを長くするには限界があるので、クランクを延長することなく大きなトルクを確保するためには、上記のように減速比を大きくする必要がある。減速比を大きくするためには、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、被駆動側（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、歯車の減速段数を増やして減速比を大きくしようとすると、その伝達構造が大型化するという問題がある。
そこで、遊星歯車機構を用いたトルク伝達構造が採用される。
【０００５】
一般に、遊星歯車機構とは、太陽歯車の回転と、遊星歯車の公転（回転）、外輪歯車の回転の各要素で構成され、太陽歯車の歯数をａ、遊星歯車の歯数をｂ、外輪歯車の歯数（内歯数）をｃとすると、その減速比（出力／入力）は、以下のようになるといわれている。すなわち、
（１）太陽歯車が固定、遊星歯車が出力（遊星歯車の公転運動を出力するキャリアを設けた場合）、外輪歯車が入力の場合は、
［式１］    （ａ＋ｃ）／ｃ
（２）太陽歯車が入力、遊星歯車が固定（回転のみ許容し公転しない）、外輪歯車が出力の場合は、
［式２］      −（ｃ／ａ）
となる。
上記構成によれば、いずれの場合も、遊星歯車の歯数ｂに関わりなく、少ない段数で大きな減速比が得られ、大きなトルクを伝達できるという利点がある。また、入力軸と出力軸とを同軸上に配置できるという利点もある。
【０００６】
なお、上記スプロケットを太陽歯車の外周に設けて出力側とするとともにクランク軸に固着させず回転自在とし、内歯歯車を有する外輪歯車を固定とし、その太陽歯車と外輪歯車との間に、外輪歯車の内歯歯車及び太陽歯車に噛み合って公転する遊星歯車を入力側として設けたものもある（例えば、特許文献１参照）。
また、上記（２）の遊星歯車を太陽歯車の周囲に公転可能とし、その遊星歯車の公転とともに、その遊星歯車に噛み合う内歯を有する外輪歯車を回転させるようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７１５７４号公報（第４頁第２図）
【特許文献２】特開平４−８５１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１によれば、遊星歯車を入力側に設定しているため、その遊星歯車の回転軸は、クランクの長さ方向の中程に接続される。このため、クランクに加えられる踏力は、クランクの付け根の部分からクランク軸に直接伝達されるのではなく、クランクの中程の部分で遊星歯車の回転軸に伝達される。したがって、クランクの有効長さが短くなるという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２によれば、遊星歯車を固定の太陽歯車の周りに公転させるために、外輪歯車の内側に、太陽歯車と遊星歯車に加えて案内ローラを設け、その太陽歯車、遊星歯車、案内ローラに噛み合うチェーンを別途設けなければならないので、構造が複雑である。
【００１０】
そこで、この発明は、構造を複雑にすることなく、減速比の大きい遊星歯車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】
【００１１】
上記の課題を解決するために、この発明は、入力側の回転軸に外向きの歯を有する太陽歯車を設けてその太陽歯車を前記回転軸と一体に回転可能とし、前記太陽歯車の外径側に、内向きの歯を有する外輪歯車を設けて出力側とするとともに、その外輪歯車を前記回転軸に対し回転自在とし、前記太陽歯車の外向きの歯と前記外輪歯車の内向きの歯との間に、複数の遊星歯車を径方向に並列して配置して相互に噛み合わせ、前記各遊星歯車は、対応する各遊星支軸周りの回転のみ許容されて公転しないようになっており、前記各遊星歯車により、前記太陽歯車の回転を前記外輪歯車に伝達可能としたものである。
【００１２】
太陽歯車と外輪歯車との間に、複数の遊星歯車を径方向に並列して設けたので、太陽歯車の径に対して外輪歯車の径をより大きなものとし得る。このため、入力側の歯数を小さく、且つ出力側の歯数を大きく設定し易くなり、大きな減速比を確保することができる。
また、公転を許容しない遊星歯車を介して、入力側である太陽歯車と出力側である外輪歯車との間を駆動するので、構造を複雑にせず、また大型化させることもない。
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く、その径方向へ並列する歯車の数は自由に設定してもよい。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、その太陽歯車から外輪歯車への回転の伝達が安定するので好ましい。
【００１３】
上記の構成において、複数の遊星歯車との間に、内向きの歯と外向きの歯とを有するリング歯車を介在させてそのリング歯車を上記回転軸及び上記外輪歯車に対し回転自在とし、前記リング歯車により、内径側に位置する前記遊星歯車の回転を、外径側に位置する前記遊星歯車に伝達可能とした構成を採用し得る。
【００１４】
各遊星歯車の径は比較的小さいので、連続する複数の遊星歯車同士が噛み合う構成とする場合には、隣接する歯車同士の干渉、噛み込み、過度な歯の摩耗等が発生しないように留意する必要があるが、上記のごとく、リング歯車を介して隣接する遊星歯車間の回転を伝達するようにすれば、相互に噛み合う歯車同士のピッチ円の外径が相対的に大きくなって、その噛み合わせ部分に生じる圧力角が小さなものとなる。
このため、歯車同士の干渉、噛み込み、過度な歯の摩耗等の発生を抑止し、各遊星歯車間の回転の伝達を安定させ、結果的に、太陽歯車から外輪歯車への回転の伝達も安定したものとし得る。
【００１５】
また、上記各構成のトルク伝達構造を、自転車の駆動装置に採用することができる。その構成としては、上記回転軸に径方向に延びるクランクを接続して、クランクに加えられる周方向の力によって前記回転軸を回転可能とし、上記外輪歯車に外向きのスプロケットを設け、前記回転軸とは別に設けた駆動軸に外向きのスプロケットを設け、前記両スプロケットに噛み合うチェーンを設けて、そのチェーンにより、前記外輪歯車の回転を前記駆動軸に伝達可能とした構成である。
【００１６】
このようにすれば、搭乗者が踏力によってクランクを回転させ、その回転力を大きな減速比でもって駆動輪に伝達することができる。  
【発明の効果】
【００１７】
この発明は、以上のようにしたので、構造を複雑にすることなく、減速比の大きい遊星歯車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】
【００１８】
一実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。この実施形態は、図４に示す自転車の駆動装置に採用されるトルク伝達装置である。
【００１９】
回転軸１の両端を、クランク３１，３１の端部に設けた穴３１ａに嵌めて、その回転軸１と両クランク３１，３１とを接続し、そのクランク３１に加えられる踏力によって回転軸１を軸周り回転可能とする。その回転軸１は、外向きの歯８を全周に有する太陽歯車２の穴２ａに嵌められて、キー溝３３ａ及びキー３３を介して固定され、前記回転軸１とその太陽歯車２とが一体に回転するように取付けられている。また、その回転軸１は、固定のボス部３４及び固定のベースプレートＢの穴３５に嵌められている。
【００２０】
太陽歯車２の外径側には、内向きの歯１４を全周に有する外輪歯車６が前記回転軸１と同軸心に設けられており、この外輪歯車６は、前記回転軸１に対し穴６ａ内に設けたベアリング３２を介して回転自在に固定されている。また、外輪歯車６の外周には、スプロケット１８が取付けられている。
【００２１】
太陽歯車２の外向きの歯８と前記外輪歯車６の内向きの歯１４との間には、二つの遊星歯車１０，１５が径方向に並列して配置されて、各遊星歯車１０，１５は、固定のベースプレートＢに設けられた対応する各遊星支軸１１，１６が穴１０ａ，１５ａに嵌めこまれ、その各遊星支軸１１，１６周りの回転のみ許容されて、公転しないようになっている。その径方向へ並列する遊星歯車１０，１５の組合わせ（遊星歯車群）は、入力側である前記回転軸１（太陽歯車２）周りに、放射状等分方位に３組配置されている。
【００２２】
上記二つの遊星歯車１０，１５との間に、内向きの歯９と外向きの歯１３とをそれぞれ全周に有するリング歯車４が介在し、そのリング歯車４は、穴４ａ内に設けたベアリング３２を介して回転軸１に対し回転自在となっており、また、そのリング歯車４は、外輪歯車６に対しても回転自在となって、それぞれ別々に回転するようになっている。
【００２３】
前記各遊星歯車１０，１５は、それぞれ、対向する太陽歯車２の歯８及び外輪歯車６の歯１４に噛み合っており、前記リング歯車４を介して、内径側に位置する前記遊星歯車１０の回転を、外径側に位置する前記遊星歯車１５に伝達可能であるので、太陽歯車２の回転は、遊星歯車１０、リング歯車４、遊星歯車１５を介して外輪歯車６に伝達可能となっている。
【００２４】
太陽歯車２の半径３は、２ｃｍに設定されて、その歯８は６ｍｍピッチである。遊星歯車１０，１５の半径１２，１７は、それぞれ、１ｃｍに設定されて、その歯はそれぞれ６ｍｍピッチである。リング歯車４の内径側半径５は、４ｃｍに設定されて、その歯９，１３はそれぞれ６ｍｍピッチである。外輪歯車６の内径側半径７は、６ｃｍに設定されて、その内向きの歯１４は６ｍｍピッチである。また、外輪歯車６の外向きの歯（スプロケット）１８は、１２ｍｍピッチである。なお、説明を簡略化するため、ここではリング歯車４の厚さを無視するものとする。
【００２５】
ここで、半径とは、基準ピッチ円の半径としており、基準ピッチ円とは、相互に噛み合う一対の歯車を摩擦車（二つの円板の外周同士が接してその摩擦力により動力を伝達する部品）に置き換えた場合に、その回転比（減速比，増速比）が等しくなるようにした場合の摩擦車の直径に相当するものと考えているが、この実施形態に示す半径、及び歯数、歯のピッチの数値は、一実施形態を示すものであるので、これらの数値に限定されるものではない。
【００２６】
また、図４に示すように、上記回転軸１周囲に同軸心に配置したトルク伝達構造（図１参照）とは別に、自転車の後輪と一体に回転する駆動軸２３が設けられており、その駆動軸２３に外向きのスプロケット２０を取付けて、上記外輪歯車６に設けられた外向きのスプロケット１８と、前記スプロケット２０との間に環状のチェーンＣが噛み合うように設けられている。
【００２７】
上記構成により、クランク３１に加えられる周方向の力によって回転軸１が回転し、上記太陽歯車２、遊星歯車１０、リング歯車４、遊星歯車１５を介して外輪歯車６が回転すれば、前記チェーンＣにより、前記外輪歯車６の回転が前記駆動軸２３に伝達されるようになっている。
【００２８】
上記トルク伝達構造の作用を，図１に基づいて説明すると、
（１）クランク３１の回転軸１が回転し、半径３が２ｃｍである太陽歯車２が矢印のＡ方向へ回転（１回転）すると、
（２）内径側に位置する半径１２が１ｃｍである遊星歯車１０が、矢印Ｂの方向へ回転し、半径５が４ｃｍであるリング歯車４は、矢印Ｃの方向へ回転（１／２回転）する。
（３）リング歯車４の回転（１／２回転）に伴い、半径１７が１ｃｍである外径側の遊星歯車１５は、矢印Ｄの方向へ回転し、内径側の半径７が６ｃｍである外輪歯車６（チエンホイール）は、矢印Ｅの方向へ回転（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、外輪歯車６は１回転することとなり、これは、通常の自転車のチエンホイールが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、その半径３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）が外輪歯車６に伝達される。つまり、太陽歯車２の歯８に生じた強大な力は、そのまま外輪歯車６の歯１４に伝達され、大きな減速比を得られる。
一方、通常の自転車のチエンホイールを回転させる際には、そのチエンホイールが外輪歯車６と同じ半径７を有しているとすれば、同一の脚力（踏力）によって、５１０／６（ｋｇ）の力がチエンホイール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、他の実施形態として、上記回転軸１周囲に設けたトルク伝達装置と駆動軸２３との間に、もう一つのトルク伝達装置を介在させてもよい。
すなわち、クランク３１に加えられる周方向の力によって、一のトルク伝達装置の回転軸１が回転し、上記太陽歯車２、遊星歯車１０、リング歯車４、遊星歯車１５を介して外輪歯車６が回転すれば、前記チェーンＣにより、別のトルク伝達装置の回転軸１’が回転するようにする。回転軸１’は、回転自在に支持されている。
この回転軸１’の周囲に同軸心状に、上記太陽歯車２、遊星歯車１０、リング歯車４、遊星歯車１５、外輪歯車６と同一の構成からなる太陽歯車２’、遊星歯車１０’、リング歯車４’、遊星歯車１５’、外輪歯車６’を設けて、前記外輪歯車６’の回転が、別のチェーンＣ’（太陽歯車２’、遊星歯車１０’、リング歯車４’、遊星歯車１５’、外輪歯車６’、チェーンＣ’は、いずれも図示せず）を介して前記駆動軸２３に伝達されるようにしてもよい。
【００３１】
いずれの実施形態においても、リング歯車４あるいはリング歯車４’は、必要に応じて省略して、径方向に並列する遊星歯車１０，１５、あるいは遊星歯車１０’，１５’同士を直接噛み合わせた構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一実施形態の構造を示す説明図
【図２】図１の切断側面図
【図３】図１の分解斜視図
【図４】図１のトルク伝達機構を自転車の駆動装置に採用した実施例を示す説明図
【符号の説明】
【００３３】
１  回転軸（クランクの回転軸）
２  太陽歯車
３  太陽歯車の半径
４  リング歯車
５  リング歯車の内径側半径
６  外輪歯車
７  外輪歯車の内径側半径
８  太陽歯車の外向きの歯
９  リング歯車の内向きの歯
１０，１５  遊星歯車
１１，１６  遊星支軸
１２，１７  遊星歯車の半径
１３  リング歯車の外向きの歯
１４  外輪歯車の内向きの歯
１８  外輪歯車の外向きの歯（スプロケット）
２０  スプロケット
２１，２２  遊星歯車の歯
２３  駆動軸
３０  ペダル
３１  クランク
３２  ベアリング
３３  キー
３３ａ  キー溝
３４  ボス部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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