JP4117825B2 - 変速機付き自転車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変速機付き自転車に係り、特に、車体フレームの設計の自由度を高めるのに好適な変速機付き自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クランク軸と同軸に配置された内装変速機を備えた変速機付き自転車が知られる。例えば、特開平６−４８３６８号公報に記載された自転車では、クランク軸上に配置された変速機の切換レバーにモータを連結させ、このモータで変速機が切り換えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記変速機付き自転車には、次の解決課題がある。まず、踏力を後輪に伝達するための変速機の出力位置がクランク軸上またはその直近に限定されるため、車体の設計自由度が小さい。例えば、後輪を支持するスイングアームを車体のメインフレームに対して揺動自在に構成する場合、揺動軸（スイングアームピボット）と変速機の出力軸（以下、変速機軸と表現する）とが離れていると、スイングアームの揺動によってチェーンが振動しやすい（ばたつきまたは揺動が大きい）ので、揺動軸と変速機の軸とはできるだけ近接している方がよい。したがって、変速機の出力位置がクランク軸上に限定されていると揺動軸の位置も限定されて設計の自由度が小さくなる。
【０００４】
また、クランク軸上に変速機を配置すると、クランク軸の幅（車体左右方向寸法）が変速機の幅によって制約を受けることから、左右のペダル間の距離も制限される。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来の課題を解決し、車体フレームの設計の自由度を向上させることができるように部材を配置した変速機付き自転車を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、内装多段式の変速機を備える自転車において、前記変速機の変速機軸が、クランク軸とは別に設けられ、クランク軸に平行に配置されており、前記変速機は、クランク軸により回動される入力軸と、前記入力軸に偏心して連結され、入力軸の回転角度に応じて揺動運動する少なくとも一つのリンク機構と、前記リンク機構を前記変速機軸に連結し、前記リンク機構の揺動運動に連動して前記変速機軸を一方方向へ脈動させる一方向クラッチと、入力軸の回転角度に対するリンク機構の揺動角度を調整して、入力軸の回転角度に対する変速機軸の回転角度を変更する変速操作手段とを含み、前記クランク軸と入力軸とが不等速回転伝達機構を介して噛合された点に第１の特徴がある。また、本発明は、複数の前記リンク機構を備え、前記各リンク機構が入力軸に対して周方向に等角度の間隔で連結され、各リンク機構が入力軸の回転に同期して異なる位相で揺動運動する点に第２の特徴がある。さらに、本発明は、前記クランク軸と入力軸とが増速機構を介して噛合された点に第３の特徴がある。
【００１１】
第１の特徴によれば、変速機軸を、クランク軸と同軸上に配置せず、車体の形状に応じて自由な位置を選択することができる。また、クランク軸により回転駆動される入力軸と変速機軸を連結する変速機機構が、ギヤを使用しないリンク機構から構成されるので、騒音の発生が抑制され、変速機構が軽量化される。さらに、クランク軸と入力軸との間に不等速回転伝達機構が配置されるので、各変速比において、変速機軸の回転速度が最大となるタイミングで入力軸の回転速度が最小となり、変速機軸の回転速度が最小となるタイミングで入力軸が回転速度が最大となるように各ギヤを組み合わせれば、変速機軸の回転速度の脈動を一層低減することができる。
【００１２】
第２の特徴によれば、入力軸と変速機軸とが複数のリンク機構を介して連結されるので、クランク軸や変速機軸の配置自由度が大きくなる。また、第３の特徴によれば、クランク軸と入力軸との間に増速機構が設けられるので、変速機軸の回転速度の脈動の周期が短縮される。したがって、重量増および大型化を抑制しつつ、運転者が回転速度の脈動を殆ど感じることがないような快適な走行性を実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る変速機付き自転車の側面図である。自転車１の車体フレーム２は、ヘッドパイプ２０およびヘッドパイプ２０から斜め下後方に、左右二股に延びるメインフレーム２１と、メインフレーム２１の後部に設けられる揺動軸２２で上下に揺動自在に支持されるスイングアーム２３とからなる。メインフレーム２１の下方には、補強パイプ２４が設けられ、この補強パイプ２４とメインフレーム２１との間はブラケット２５、２６で結合される。前記スイングアーム２３は二股状のスイングアームとすることができる。
【００１７】
スイングアーム２３の後端には後輪ＷＲが支持される。ヘッドパイプ２０には自転車１を操向可能なようにフロントフォーク４が枢支される。フロントフォーク４はアウタチューブとインナチューブとの組み合わせからなり、かつアウタチューブがインナチューブの上方に位置する倒立タイプである。フロントフォーク４の上部には、操向ハンドル５が設けられ、下部には前輪ＷＦが支持される。
【００１８】
メインフレーム２１の下端には車体幅方向に延びるクランク軸７が設けられ、クランク軸７には、クランク８を介してペダル９が取り付けられる。クランク８およびペダル９はクランク軸７に対して左右一対設けられる。前記ブラケット２６には変速機軸（シャフト）１１および該シャフト１１の周りに配置されたギヤの組立体（後述）を有する内装多段式の変速機１０が設けられる。シャフト１１はクランク軸７と平行にかつ揺動軸２２に近接して配置される。
【００１９】
クランク軸７には原動スプロケット１２が設けられ、変速機１０には入力スプロケット１３と出力スプロケット１４とが設けられる。また、後輪ＷＲには後輪スプロケット（図示せず）が設けられる。クランク軸７のスプロケット１２と変速機１０の入力スプロケット１３とはチェーン１５で連結され、変速機１０の出力スプロケット１４と後輪スプロケットとはチェーン１６で連結される。
【００２０】
スイングアーム２３にはブラケット２３１が設けられ、メインフレーム２１にはブラケット２１１が設けられ、これらブラケット２３１および２１１間には、スイングアーム２３が上方に回動されるときの衝撃を緩和するクッション装置１８が設けられる。クッション装置１８にはリザーバタンク１９から作動流体が供給される。
【００２１】
メインフレーム２１にはリヤフェンダ３０が取り付けられ、リヤフェンダ３０とメインフレーム２１とにまたがってサドル３１が装着される。リヤフェンダ３０は炭素繊維等、軽量素材で形成できる。前輪ＷＦおよび後輪ＷＲにはそれぞれディスクブレーキ３２Ｆ，３２Ｒが設けられる。また、操向ハンドル５に設けられる図示しない変速レバーから延びる変速機操作ケーブル１０１が前記補強パイプ２４に沿って変速機１０に延びている。
【００２２】
図２は、クランク軸７およびシャフト１１を含む位置における自転車１の要部断面図である。同図において、原動スプロケット１２が固定されるクランク軸７は軸受３４，３５によりメインフレーム２１に対して回転自在に取り付けられる。一方、変速機１０のシャフト１１は両端に形成されるねじに螺着されるナット３６，３７によってブラケット２６、２６に固定される。変速機１０はシャフト１１に対して回転自在な入力駆動体１０２を有し、この入力駆動体１０２に入力スプロケット１３が結合される。
【００２３】
さらに、シャフト１１にはハウジング１０３が回動自在に設けられ、前記入力駆動体１０２の回転は変速ギヤ部（後述）を介して変速され、ハウジング１０３に伝達される。ハウジング１０３には出力スプロケット１４が固定される。変速ギヤ部には、シャフト１１に対してギヤを係合させるワンウェイクラッチ（後述）が複数設けられ、このワンウェイクラッチを各変速段毎に作動または非作動状態に切り換える。ワンウェイクラッチを切り換える操作カム１０４が設けられる。操作カム１０４は円筒状でシャフト１１と同軸に該シャフト１１の外周に沿って設けられる。
【００２４】
操作カム１０４は、前記操作ケーブル１０１の操作によってシャフト１１に対して各変速段毎に設定された予定の位置に回動させられる。そして、各変速段に対応する位置において、複数のワンウェイクラッチのうち予定のものの係止部材（爪）が、該ワンウェイクラッチに対応するギヤとシャフト１１とに係合される。
【００２５】
図３は、ワンウェイクラッチの操作カム１０４の展開図であり、円周の１／３つまり中心角１２０°の部分を示す。操作カム１０４には、ワンウェイクラッチの爪が貫通できる貫通孔１０４ａが形成される。ワンウェイクラッチの爪はその保持器に対して回動するように構成され、この爪の一端が貫通孔１０４ａを貫通してシャフト１１に係合すると、爪の他端は変速用のギヤに形成される溝に係合される。したがって、各変速段に対応して貫通孔１０４ａの位置を設定しておくことにより、各変速段毎に予定の変速ギヤをシャフト１１に係合させることができる。
【００２６】
図３において、円筒状操作カム１０４に変速段（１速〜７速）とワンウェイクラッチの番号を付して示したように、各変速段毎に、作動するワンウェイクラッチ、つまりシャフト１１と変速ギヤとの双方に係合し得るワンウェイクラッチが設定される。例えば、第１速では、シャフト１１と予定の変速ギヤとを係合させるワンウェイクラッチのうち第１のもののみが作動し得る状態（以下、「オン」という）になっていて、他のワンウェイクラッチが作動し得ない状態（以下「オフ」という）になっている。
【００２７】
第２速では第１および第２のワンウェイクラッチがオン、第３速では第１と第３のワンウェイクラッチがオンである。また、第４速では、第１，第２と第４のワンウェイクラッチがオンであり、第５速では第１〜第３のワンウェイクラッチがオンである。さらに、第６速では、第４のワンウェイクラッチがオンであり、第７速では第３のワンウェイクラッチがオンである。
【００２８】
次に、上記操作カム１０４による変速ギヤの切り換えを図４を参照して説明する。この図において、シャフト１１には、それぞれ第１のワンウェイクラッチ４０を介して第１の太陽歯車（サンギヤ）５０が、第２のワンウェイクラッチ４１を介して第２のサンギヤ５１が、第３のワンウェイクラッチ４２を介して第３のサンギヤ５２が、第４のワンウェイクラッチ４３を介して第４のサンギヤ５３設けられる。
【００２９】
サンギヤ５０には遊星ギヤ（キャリヤ）５４が噛み合わされ、サンギヤ５１にはキャリヤ５５が噛み合わされる。キャリヤ５４とキャリヤ５５とは一体であり、小径のキャリヤ５４には内歯車（リングギヤ）５８が噛み合わされる。
【００３０】
入力スプロケット１３が外周に固定される入力駆動体１０２は、一対の軸受３８によってシャフト１１に支持される。前記リングギヤ５８はワンウェイクラッチ４４を介して入力駆動体１０２に連結される。
【００３１】
サンギヤ５２にはキャリヤ５６が噛み合わされ、サンギヤ５３にはキャリヤ５７が噛み合わされる。キャリヤ５６とキャリヤ５７とは一体であり、小径のキャリヤ５６にはリングギヤ５９が噛み合わされる。キャリヤ５４，５５はキャリヤプレート２７で枢支され、キャリヤ５６，５７はキャリヤプレート２８で枢支される。これらキャリヤプレート２７，２８は互いに係合し、シャフト１１を中心に、つまりサンギヤ５０，５１，５２，５３の周囲に一体で回転できるように設けられる。
【００３２】
さらに、キャリアプレート２７はワンウェイクラッチ４５を介して入力駆動体１０２に連結されるとともに、キャリアプレート２８はワンウェイクラッチ４６を介してハウジング１０３に連結される。さらに、ハウジング１０３は、キャリア５６に噛み合わされるリングギヤ５９にワンウェイクラッチ４７を介して連結される。また、ハウジング１０３の外周には出力スプロケット１４が固定されるとともに、該ハウジング１０３は軸受３８でシャフト１１支持される。
【００３３】
上記構成において、各変速段毎の動力（踏力）の伝達動作を図４に従って説明する。第１速では、ワンウェイクラッチ４０がオンで、ワンウェイクラッチ４１〜４３がオフである。動力は、入力スプロケット１３から入力駆動体１０２を介して入力され、ワンウェイクラッチ４４を介してリングギヤ５８に伝達される。さらにリングギヤ５８の回転はキャリア５４に伝達される。また、動力は、入力駆動体１０２からワンウェイクラッチ４５を介してキャリアプレート２７に伝達される。
【００３４】
キャリヤ５４はリングギヤ５８の歯数Ｚ58およびサンギヤ５０の歯数Ｚ50に従って、算出式｛Ｚ58/（Ｚ58＋Ｚ50）｝で計算される回転数でシャフト１１の周囲を周回し、この周回はキャリアプレート２７および２８に伝達される。キャリアプレート２８の周回運動はワンウェイクラッチ４６を介してさらにハウジング１０３に伝達され、結果的に出力スプロケット１４の回転に変換される。
【００３５】
第２速では、ワンウェイクラッチ４０，４１がオンで、ワンウェイクラッチ４２，４３がオフである。この第２速では、入力駆動体１０２に入力された動力が、第１速と同一経路で出力スプロケット１４に伝達される。しかし、ワンウェイクラッチ４０，４１がオンになっているので、キャリアプレート２７の周回回転数はキャリア５４（歯数Ｚ54）およびキャリア５５（歯数Ｚ55）に噛み合うサンギヤ５１（歯数Ｚ51）、ならびにリングギヤ５８（歯数Ｚ58）の組み合わせから、算出式｛（Ｚ58・Ｚ55）/（（Ｚ54・Ｚ51）＋（Ｚ58・Ｚ55））｝で算出され、第１速より減速比は小さい。なお、第２速ではワンウェイクラッチ４０，４１がオンになっているが高速側に接続されるワンウェイクラッチ４１のみが実質的にはオン状態として作用する。
【００３６】
第３速では、ワンウェイクラッチ４０,４２がオンで、ワンウェイクラッチ４１，４３がオフである。第３速ではキャリアプレート２７に第１速と同じ減速比で入力駆動体１０２の回転が伝達される。しかし、この第３速ではワンウェイクラッチ４２がオンになっているのでキャリアプレート２８の周回は、ワンウェイクラッチ４６を介してではなく、キャリア５６およびリングギヤ５９の回転を通じてワンウェイクラッチ４７からハウジング１０３に伝達される。すなわち、キャリアプレート２８の周回は、リングギヤ５９（歯数Ｚ59）およびサンギヤ５２（歯数Ｚ52）の組み合わせから、算出式｛（Ｚ59＋Ｚ52）/Ｚ59｝に従って増速されてリングギヤ５９に伝達され、出力スプロケット１４に出力される。
【００３７】
第４速では、ワンウェイクラッチ４０，４１，４３がオンで、ワンウェイクラッチ４２がオフである。第４速ではキャリアプレート２７に第２速と同じ減速比で入力駆動体１０２の回転が伝達される。しかし、この第４速ではワンウェイクラッチ４３がオンになっているのでキャリアプレート２８の周回は、ワンウェイクラッチ４６を介してではなく、キャリア５７、５６およびリングギヤ５９の回転を通じてワンウェイクラッチ４７からハウジング１０３に伝達される。すなわち、キャリアプレート２８の周回は、リングギヤ５９（歯数Ｚ59）、キャリア５６（歯数Ｚ56）、キャリア５７（歯数Ｚ57）およびサンギヤ５３（歯数Ｚ53）の組み合わせから、算出式｛１＋（（Ｚ56・Ｚ53）/（Ｚ59・Ｚ57））｝に従って増速されてリングギヤ５９に伝達され、出力スプロケット１４に出力される。
【００３８】
第５速では、ワンウェイクラッチ４０，４１，４２がオンで、ワンウェイクラッチ４３がオフである。したがって、第５速ではキャリアプレート２７に第２速と同じ減速比で入力駆動体１０２の回転が伝達される。そして、第３速と同様、キャリアプレート２８の周回は、キャリア５６およびリングギヤ５９の回転を通じてワンウェイクラッチ４７からハウジング１０３に伝達される。すなわち、第２速と同じ減速比に基づくキャリアプレート２８の周回は、リングギヤ５９（歯数Ｚ59）およびサンギヤ５２（歯数Ｚ52）の組み合わせから、算出式｛（Ｚ59＋Ｚ52）/Ｚ59｝に従って増速されてリングギヤ５９に伝達され、出力スプロケット１４に出力される。
【００３９】
第６速では、ワンウェイクラッチ４３がオンで、ワンウェイクラッチ４０〜４２がオフである。第６速では、サンギヤ５０，５１はいずれも自由に回転できるので、キャリア５４，５５は空転する。したがって、入力駆動体１０２の回転はワンウェイクラッチ４４ではなく、ワンウェイクラッチ４５からキャリアプレート２７に伝達される。すなわち、入力回転数は減速されることなくキャリアプレート２８に伝達され、それからキャリア５６、リングギヤ５９を介して増速されてハウジング１０３に伝達される。
【００４０】
第７速では、ワンウェイクラッチ４２がオンで、ワンウェイクラッチ４０，４１，４３がオフである。第７速でも第６速と同様、サンギヤ５０，５１はいずれも自由に回転できるので、キャリア５４，５５は空転する。したがって、入力駆動体１０２の回転はワンウェイクラッチ４４ではなく、ワンウェイクラッチ４５からキャリアプレート２７に伝達される。すなわち、入力回転数は減速されることなくキャリアプレート２８に伝達され、それからキャリア５６、リングギヤ５９を介して増速されてハウジング１０３に伝達される。但し、サンギヤ５２とキャリア５６との組み合わせにより、第６速よりさらに増速される。
【００４１】
上述の実施形態では、クランク軸７の回転をチェーン１５で変速機１０の入力スプロケット１３に伝達したが、この伝達機構は次のように変形し得る。すなわち、クランク軸７に駆動ギヤを設けるとともに、前記変速機１０の入力駆動体１０２にスプロケット１０３に代えて従動ギヤを固定し、これら双方のギヤを直接またはレイアウトの必要によってはアイドルギヤを介する等して連結することによってクランク軸７から変速機１０へ回転を伝達できる。
【００４２】
図５は、ギヤによる動力伝達機構を適用した変速機付き自転車の要部側面図であり、図１と同符号は同一または同等部分を示す。同図において、メインフレーム２１と補強パイプ２４とは連結部材３９によって下部で連結され、この連結部材３９とメインフレーム２１に設けられるブラケット９０とによって踏力伝達装置９１が支持される。踏力伝達装置９１はクランク軸７の回転を変速機１０に伝達するギヤ列（後述）と、変速機１０の出力を後輪ＷＲに伝達する駆動スプロケットと、変速機１０の出力を出力スプロケット９２に伝達するギヤ列（後述）とからなる。
【００４３】
図６は、クランク軸７、変速機１０のシャフト、および出力スプロケット９２を含む位置における自転車１の要部断面図であり、図２と同符号は同一または同等部分である。同図において、踏力伝達装置９１に含まれるクランク軸７には、原動ギヤ９３が固定され、この原動ギヤ９３は変速機１０の入力駆動体１０２に固定される入力ギヤ９４に噛み合わされる。伝達装置９１のケース９１１には軸受９５，９６によって出力軸９７が支持され、この出力軸９７には出力ギヤ４８が固定される。変速機１０のハウジング１０３には、中間ギヤ４９が固定され、中間ギヤ４９は出力ギヤ４８と噛み合わされる。出力軸９７はケース９１１から外方に突出されており、この突出端には出力スプロケット９２が固定される。
【００４４】
この構成により、クランク軸７から入力される踏力は原動ギヤ９３および入力ギヤ９４に伝達される。入力ギヤ９４の回転は変速機１０で変速され、中間ギヤ４９を介して出力ギヤ４８に伝達される。出力ギヤ４８が回転すると、このギヤを支持する出力軸９７および出力スプロケット９２が回転し、出力スプロケット９２に掛けられるチェーン１６を介して後輪ＷＲに動力が伝達される。
【００４５】
図７は、本発明を適用した変速機付き自転車の他の実施形態の側面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００４６】
車体フレームは、下端部で前輪ＷＦを軸支する左右１対のフロントフォーク４を操舵可能に支持するヘッドパイプ２０と、ヘッドパイプ２０から後方斜め下方に延びる左右１対のメインフレーム２１と、両メインフレーム２１の前端部下方から後方斜め下方に延びるダウンチューブ３と、各メインフレーム２１の中央部から延びてサドル３１を支持するサドルフレーム６とを備える。
【００４７】
両メインフレーム２１の後部に取り付けられた揺動軸２２には、後端部で後輪ＷＲを回転可能に支持する左右１対のスイングアーム２３の前端部が揺動可能に支持される。スイングアーム２３は、サスペンション１８を介してメインフレーム２１の中央部に連結され、揺動軸２２を中心に上下方向に揺動可能である。両メインフレーム２１の後部およびダウンチューブ３の後部の間には無段変速装置２９が配置される。
【００４８】
図８を併せて参照すると、無段変速装置２９のケース６１内に収納された変速機軸１７は、ケース６１外に突出した右端部が駆動スプロケット３３と結合され、この駆動スプロケット３３と後輪ＷＲの被動スプロケット６０（図１６参照）との間にチェーン１６が掛け渡される。無段変速装置２９は、揺動軸２２および後輪軸６４の各中心軸線を含む仮想平面Ｈの近傍に変速機軸１７が位置するように、車体フレームに対して配置される。
【００４９】
クランク軸７に入力されたトルクは、無段変速装置２９の変速機軸１７、駆動スプロケット３３、チェーン１６および被動スプロケット６０を介して駆動輪である後輪ＷＲに伝達され、これを回転駆動させる。
【００５０】
図８，図９を参照して無段変速装置２９について説明する。ボルトにより結合される左右１対のケース部分６１ａ，６１ｂから構成されるケース６１に、クランク軸７の両端部寄りの部分、アイドル軸６２の両端部および変速機軸１７の左端部と右端部寄りの部分が、左右１対の軸受１２０ａ，１２０ｂ；１２０ｃ，１２０ｄ；１２０ｅ，１２０ｆを介して回転可能に支持される。クランク軸７には、右軸受１２０ｂ側から順に第１駆動ギヤ１２２および第２被動ギヤ１２４が設けられる。第１駆動ギヤ１２２は、クランク軸７が正転方向Ａ０（自転車を前進させる方向。以下、クランク軸７が正転するときの各軸およびスプロケットの回転方向を符号Ａ０で示す）のトルクのみを第１駆動ギヤ１２２に伝達する一方向クラッチ１２８を介してクランク軸７に駆動連結される。一方向クラッチ１２８は、図示しないキー部材によりクランク軸７に結合される。第２被動ギヤ１２４は、軸受１２９を介してクランク軸７に回転可能に支持される。
【００５１】
アイドル軸６２には、第１駆動ギヤ１２２と噛合する第１被動ギヤ１２３、および第２被動ギヤ１２４と噛合する第２駆動ギヤ１２５が設けられる。第２被動ギヤ１２４には、第３駆動ギヤ１２６が隣接して一体に固定され、該第３駆動ギヤ１２６は、入力軸６３にスプライン結合された第３被動ギヤ１２７と噛合する。入力軸６３は、その両端を両ケース部分６１ａ，６１ｂに対して軸受１３０ａ，１３０ｂにより回転可能に支持される。
【００５２】
各駆動ギヤ１２２，１２５，１２６は、それに噛合する被動ギヤ１２３，１２４，１２７よりも大径なので、相互に噛合する駆動ギヤ１２２，１２５，１２６および被動ギヤ１２３，１２４，１２７により３つの増速段が構成される。それゆえ、３つの増速段を有する増速機構Ｍ１を介してクランク軸７により回転駆動される入力軸６３は、クランク軸７の回転速度よりも増速された回転速度、本実施形態では約１１倍に増速された回転速度で回転する。
【００５３】
第３駆動ギヤ１２６および第３被動ギヤ１２７は、図１０に示したように、非円形ギヤから構成され、入力軸６３に不等速回転運動を行わせるための不等速回転伝達機構Ｍ２を構成する。具体的には、第３被動ギヤ１２７は、本実施形態において無段変速装置２９に設けられる後述するリンクユニットＵ１〜Ｕ４の数と等しい数の山部１２７ａおよび谷部１２７ｂ、本実施形態ではそれぞれ４つの山部１２７ａおよび谷部１２７ｂを有するギヤである。第３駆動ギヤ１２６は、第３被動ギヤ１２７の山部１２７ａおよび谷部１２７ｂのそれぞれの数の整数倍、本実施形態では４倍の１６の山部１２６ａおよび谷部１２６ｂを有するギヤである。
【００５４】
そして、第３駆動ギヤ１２６の谷部１２６ｂと第３被動ギヤ１２７の山部１２７ａとが噛合するタイミングおよび第３駆動ギヤ１２６の山部１２６ａと第３被動ギヤ１２７の谷部１２７ｂとが噛合するタイミングは、後述するように、脈動する変速機軸１７の回転速度が最大となるタイミングおよび最小となるタイミングにそれぞれ合うように設定される。すなわち、クランク軸７と入力軸６３とは、増速機構Ｍ１に組み込まれて変速機軸１７の回転速度の脈動を低減するための不等速回転伝達機構Ｍ２を介して駆動連結される。
【００５５】
図８，図９を参照し、入力軸６３は、変速機構Ｍ３を構成する複数の、本実施形態では４つのリンクユニットＵ１〜Ｕ４を介して変速機軸１７に連結される。変速機構Ｍ３は、運転者が変速操作部材としての変速レバー（図示せず）を操作することにより動作する変速操作機構Ｍ４により操作され、クランク軸７の回転速度に対する変速機軸１７の回転速度の比である変速比を無段階に変更する。
【００５６】
さらに図１１，図１２を併せて参照すると、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４は、入力軸６３に偏心して枢着された駆動リンク１３１と、変速機軸１７に一方向クラッチ１３６を介して連結された揺動体１３３と、第１枢支部を構成する第１枢軸１３４で駆動リンク１３１に枢着されると共に第２枢支部を構成する第２枢軸１３５で揺動体１３３に枢着された伝達リンク１３２とを備える。
【００５７】
駆動リンク１３１は、円環状の第１結合部１３１ａと、第１結合部１３１ａに連なると共に１対のプレート部１３１b1を有する二股状の第２結合部１３１ｂとから構成される。伝達リンク１３２は、その一端部１３２ａをリベット１３７により所定の間隔を保って連結された１対のプレー卜１３２ｃから構成される。揺動体１３３は、伝達リンク１３２の両プレート１３２ｃの間に挟まれて配置される第１結合部１３３ａと、第１結合部１３３ａに連なる円環状の第２結合部１３３ｂとから構成される。
【００５８】
駆動リンク１３１は、その第１結合部１３１ａが、入力軸６３とスプライン結合されて一体に回転する偏心リング１３８の外周にすべり軸受１３９を介して回転可能に支持されることにより、入力軸６３に対して偏心して枢着される。偏心リング１３８の回転軸線、すなわち駆動リンク１３１の中心軸線は、入力軸６３の回転軸線に対して所定量だけ偏心している。第１結合部１３１ａには、図１１，図１２に示したように、周方向に等間隔で複数の、例えば４つの油溝１３１ｃが径方向に延びて形成され、ケース６１内の潤滑油が油溝１３１ｃを通じてすべり軸受１３９に供給される。
【００５９】
第２結合部１３１ｂの両プレート部１３１b1に固定されて支持される第１枢軸１３４に、両プレート部１３１b1の間に配置されたニードル軸受１４０を介して、伝達リンク１３２が回動可能に支持される。ニードル軸受１４０は、第１枢軸１３４の外周に嵌合される内輪１４０ａと、内輪１４０ａの径方向外方に配置されて両プレート１３２ｃの一端部１３２ａに形成された孔にインローにて結合される外輪１４０ｂと、内輪４０ａと外輪４０ｂとの間に配置される多数の二ードル１４０ｃとから構成される。
【００６０】
ニードル１４０ｃの軸線方向への移動は、ニードル軸受１４０の両端側に配置された１対のスラストワッシャ１４３により規制され、隙間無くニードル１４０ｃをつめるのでリテーナは不要である。外輪４０ｂには、周方向に間隔をおいて複数、本実施形態では周方向に等間隔に４つの油孔１４０ｄが形成される。
【００６１】
伝達リンク１３２は、揺動体１３３の第１結合部１３３ａが第２枢軸１３５により、ニードル軸受１４１からなる軸受を介して回動可能に支持されることで揺動体１３３に枢着される。ニードル軸受１４１は、第２枢軸１３５の外周に配置されて揺動体１３３の第１結合部１３３ａに囲まれて保持される多数のニードル１４１ａから構成される。ニードル１４１ａの軸線方向での移動は、ニードル１４１ａの両端側に配置された１対のスラストワッシャ１４４により規制され、隙間無くニードル１４０ｃをつめるので、ニードル軸受１４１は、前記ニードル軸受１４０と同様にリテーナを有していない。第１結合部１３３ａの両側面には、図１２に示したように、周方向に間隔をおいて複数の、例えば３つの油溝１３３ｃが径方向に延びて形成されている。ケース６１内の潤滑油は、油溝１３３ｃを通じてニードル軸受１４１に供給される。
【００６２】
揺動体１３３は、第２結合部１３３ｂにおいて、変速機軸１７を正転方向Ａ０に回転させるトルクのみを伝達する一方向クラッチ１３６を介して変速機軸１７に連結される。したがって、一方向クラッチ１３６は、揺動体１３３が変速機軸１７の正転方向Ａ０での角速度ω（図２１参照）、すなわち回転速度よりも大きな角速度で正転方向Ａ０に揺動するときにのみ、揺動体１３３から変速機軸１７にトルクを伝達する。
【００６３】
図８に示したように、４つのリンクユニットＵ１〜Ｕ４は、入力軸６３および変速機軸１７に対して軸線方向（車幅方向でもある。）に等間隔で配列される。具体的には、入力軸６３には、隣接するリンクユニットＵ２，Ｕ３；Ｕ３，Ｕ４の間隔を保持する２つの円環状のカラー１４６が駆動リンク１３１の第１結合部１３１の側方で嵌合される。入力軸６３の右端部近傍で隣接するリンクユニットＵ１，Ｕ２の間隔は、両リンクユニットＵ１，Ｕ２の間に配置された第３被動ギヤ１２７により保持される。
【００６４】
このように、本実施形態の無段変速装置２９では、アイドル軸６２の車幅方向での長さを極力短くすると共に、クランク軸７に装着される第２被動ギヤ１２４および第３駆動ギヤ１２６の軽量小型化のために、第３駆動ギヤ１２６と噛合する第３被動ギヤ１２７が、右端のリンクユニットＵ１およびそれに隣接するリンクユニットＵ２の間で入力軸６３に装着される。
【００６５】
さらに、図８，図９を参照すると、右端のリンクユニットＵ１の駆動リンク１３１が、車幅方向で第１駆動ギヤ１２２と第３駆動ギヤ１２６との間に配置され、しかもその往復運動により、クランク軸７の径方向で第１駆動ギヤ１２２および第３駆動ギヤ１２６と重なり得る位置に配置される。
【００６６】
一方、変速機軸１７には、隣接するリンクユニットＵ１，Ｕ２；Ｕ２，Ｕ３；Ｕ３，Ｕ４の間隔を保持する部材であるスペーサとしての３つの円環状のカラーが、揺動体１３３の第２結合部１３３ｂの側方で嵌合される。
【００６７】
そして、図１３に示したように、４つのリンクユニットＵ１〜Ｕ４の駆動リンク１３１は、異なる位相で入力軸６３に枢着されており、本実施形態では、全ての駆動リンク１３１の回転軸線が入力軸６３の周方向に９０°の等角度で分布するように入力軸６３に枢着される。なお、図１３には、後述する変速リンク１５４が最小変速比位置を占めているときの第３枢軸１５３、支持軸１５９、第４枢軸１６１および中間リンク１６２が示されている。
【００６８】
なお、図８に示したように、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４において、偏心リング１３８およびすべり軸受１３９の軸線方向での両端部側は、入力軸６３にスプライン結合される１対の円板状の被覆プレート１４９により覆われる。そして、被覆プレート１４９は、カラー１４６，１４８および第３被動ギヤ１２７により、入力軸６３上での軸線方向の移動が阻止される。
【００６９】
図８，図９，図１４を参照すると、両ケース部分６１ａ，６１ｂに軸受１５０を介して回動可能に支持される支持部材１５１と、第１枢軸１３４で各リンクユニットＵ１〜Ｕ４に枢着されると共に第３枢支部を構成する第３枢軸１５３で支持部材１５１に枢着される変速リンク１５４とを備える。
【００７０】
変速操作機構Ｍ４はさらに、前記変速レバーに接続される操作ワイヤ１５５の端部が係止されたドラム１５６と、このドラム１５６と一体に回動する操作軸１５７と、操作軸１５７にダボにより連結される支持軸１５９と、支持軸１５９と一体に回動するレバー１６０と、第３枢軸１５３で支持部材１５１に枢着されると共に第４枢支部を構成する第４枢軸レバー１６０に枢着される中間リンク１６２とを備える。
【００７１】
図８，図９，図１１，図１２を参照すると、変速リンク１５４は、その円環状の先端部１５４ａを、ニードル軸受１４０の外周において伝達リンク１３２の両プレート１３２ｃの間で挟まれて配置されたニードル軸受１６３を介して回動可能に支持されることにより、第１枢軸１３４で枢着される。ニードル軸受１６３は、外輪１４０ｂの外周に配置されて先端部１５４ａにより囲まれて保持される多数のニードル１６３ａから構成される。それゆえ、駆動リンク１３１の両プレート部１３１ｂ１の間には、第１枢軸１３４に対して径方向に直列に配置された二段のニードル軸受１４０，１６３が配置される。ニードル１６３ａの軸線方向での移動は、ニードル１６３ａの両端側に配置された１対のスラストワッシャ１６４により規制され、隙間無くニードルをつめるので、ニードル軸受１６３は、ニードル軸受１４０と同様にリテーナを有していない。
【００７２】
図１１，図１２に示したように、先端部１５４ａの両側面にはそれぞれ、周方向に間隔をおいて複数、本実施形態では周方向に等間隔に４つの油溝１５４ｃが設けられる。ケース６１内に充填された潤滑油は、油溝１５４ｃを通ってニードル軸受１６３に供給され、さらに外輪１４０ｂの油孔１４０ｄを通ってニードル軸受１４０に供給される。なお、図９に示したように、右ケース部分６１ｂには，ブリーザ管１６５およびケース６１内の潤滑油を排出するためのドレインボルト１６６が設けられる。
【００７３】
図８，図９，図１４を参照すると、支持部材１５１は、Ｕ字形状に屈曲されて形成された板材からなる支持リンク１５１ａと、支持リンク１５１ａの両端部に結合されて車幅方向での間隔を保持するスペーサとしての連結軸１５１ｂとを備える。支持リンク１５１ａは、車幅方向で対面する互いに平行な１対の側部１５１a1と、両側部１５１a1に連なる連結部１５１a2とから構成される。支持部材１５１は、各ケース部分６１ａ，６１ｂに保持された軸受１５０に支持された中心軸１５２が固着されるので、ケース６１に回動自在に支持される。さらに、支持リンク１５１ａの一方の側部である右側の側部１５１a1には、右ケース部分６１ｂの内面に突出して形成された第１，第２ストッパ１６７，１６８（図９参照）にそれぞれ当接する１対の当接面１５１a3，１５１a4がそれぞれ形成される。第１，第２ストッパ１６７，１６８は、変速リンク１５４の最小変速比位置および最大変速比位置をそれぞれ規定する。
【００７４】
図１４を参照すると、支持部材１５１の両側部１５１a1には、その連結部１５１a2付近に両側部１５１ａに渡って第３枢軸１５３が固定されて支持される。その先端部１５４ａにて４つのリンクユニットＵ１〜Ｕ４にそれぞれ枢着される４つの変速リンク１５４は、その円環状の基端部１５４ｂにて、多数のニードル１６９ａを有するニードル軸受１６９を介して第３枢軸１５３で枢着されることにより、支持部材１５１に枢着される。基端部１５４ｂの両側面には、それぞれ、周方向に間隔をおいて複数、本実施形態では周方向に等間隔に４つの油溝１５４ｃが設けられる。ケース６１内に充填された潤滑油は、油溝１５４ｃを通ってニードル軸受１６９に供給される。
【００７５】
変速リンク１５４は、第３枢軸１５３に軸線方向（車幅方向）に等間隔で配列され、そのためにカラー１７０および中間リンク１６２が使用される。すなわち、中央で互いに隣接する変速リンク１５４（これら変速リンク１５４はリンクユニットＵ２，Ｕ３に枢着される。）の間にはスペーサとしてのカラー１７０が配置される。そして、両端部の変速リンク１５４（この変速リンク１５４はリンクユニットＵ１，Ｕ４にそれぞれ枢着される。）とそれに隣接する変速リンク１５４との間には、二股に分岐した中間リンク１６２の両先端部１６２ａがそれぞれすべり軸受１７１を介して第３枢軸１５３に回動可能に支持される。それゆえ、支持部材１５１の両側部１５１a1の間に配置される両先端部１６２ａが、カラー１７０と同様の機能を有するスペーサとして利用される。
【００７６】
図１４，図１５を参照すると、支持軸１５９は、その一端を左ケース部分６１ａに軸受１７２を介して回動可能に支持される。支持軸１５９の他端は、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４の駆動リンク１３１に作用する入力軸１６３からの駆動力の分力（図２０参照）が、第１枢軸１３４、変速リンク１５４、支持部材１５１、第３枢軸１５３、中間リンク１６２、レバー１６０および支持軸１５９を通じてドラム１５６を回動させることを阻止するための二方向クラッチ１５８を介して、右ケース部分６１ｂに保持される。
【００７７】
一方向クラッチ１５８は、右ケース部分６１ｂに固定されたアウタレース１５８ａと、支持軸１５９と一体に回転するインナレース１５８ｂと、両レース１５８ａ，１５８ｂの径方向での間の収容空間に配置された偶数、本実施形態では８つのローラ１５８ｃと、１対のローラ１５８ｃの周方向での間で前記収容空間に配置された圧縮スプリングからなるクラッチスプリング１５８ｄと、クラッチスプリング１５８ｄとは反対側で２つのローラ１５８ｃの周方向での間に配置されたリテーナ１５８ｅとから構成される。
【００７８】
操作軸１５７に一体形成されたリテーナ１５８ｅは、操作軸１５７がシフトアップをするための回動方向Ａ２（以下、アップ方向Ａ２）およびシフトダウンをするための回動方向Ａ３（以下、ダウン方向Ａ３）へ回動したときにローラ１５８ｃと当接する。リテーナ１５８ｅは、操作軸１５７の直径方向で対向してインナレース１５８ｂに形成された凹部１５８b1からなる係合部と係合可能な突部１５８e3からなる係合部を有する１対の第１保持部１５８e1と、周方向で両第１保持部１５８e1の間に位置する第２保持部１５８e2とを有する。
【００７９】
凹部１５８b1と突部１５８e3との間には、リテーナ１５８ｅとインナレース１５８ｂとの相対回動を可能とするための間隙１５８ｆが形成される。そして、凹部１５８b1と突部１５８e3とが係合するまでの相対回動により、第１，第２保持部１５８e1，１５８e2が、クラッチスプリング１５８ｄの弾発力に抗してローラ１５８ｃを押圧し、ローラ１５８ｃを、アウタレース１５８ａとインナレース１５８ｂの間に食い込むこと（すなわちロックすること）ことがない状態、すなわちロック解除状態にする。
【００８０】
インナレース１５８ｂの外周にはカム面１５８b2が形成される。このカム面１５８b2は、クラッチスプリング１５８ｄを介して互いに対向する１対のローラ１５８ｃのうち、アップ方向Ａ２側のローラ１５８c1は、アップ方向Ａ２への支持軸１５９の回動を許容する一方でダウン方向Ａ３への支持軸１５９の回動を阻止する。ダウン方向Ａ３側のローラ１５８c2は、ダウン方向Ａ３への支持軸１５９の回動を許容する一方で、アップ方向Ａ２への支持軸１５９の回動を阻止するように、前記収容空間の径方向での幅を周方向で異ならせるように形成される。
【００８１】
それゆえ、前記変速レバーに加えられた操作力が操作ワイヤ１５５を介してドラム１５６をアップ方向Ａ２に回動させると、図１５に二点鎖線で示したように、第１，第２保持部１５８e1，１５８e2がアップ方向Ａ２に相対回動し、ローラ１５８ｃ２に当接して該ローラ１５８ｃ２をロック解除状態にした後、突部１５８e3と凹部１５８b1とが係合することで第１保持部１５８e1がインナレース１５８ｂに係合して、支持軸１５９と一緒にアップ方向Ａ２に回動する。
【００８２】
これとは逆に、操作力が操作ワイヤ１５５を介してドラム１５６をダウン方向Ａ３に回動させると、第１，第２保持部１５８e1，１５８e2がダウン方向Ａ３に相対回動してローラ１５８c1に当接して該ローラ１５８c1をロック解除状態にした後、突部１５８c3と凹部１５８b1とが係合することで第１保持部１５８e1が、インナレース１５８ｂに係合し、支持軸１５９と一緒にダウン方向Ａ３に回動する。
【００８３】
ところで、図９を参照すると、クランク軸７の回転中、揺動体１３３および一方向クラッチ１３６を介して変速機軸１７にトルクを伝達し、変速機軸１７を回転駆動しているリンクユニットＵ１〜Ｕ４についてみると、リンクユニットＵ１〜Ｕ４の駆動リンク１３１を往復運動させる入力軸６３からの駆動力は、伝達リンク１３２を介して揺動体１３３に作用する一方、変速リンク１５４を介して第３枢軸１５３の方向に作用する。
【００８４】
この第３枢軸１５３に作用する駆動力の分力Ｆにより、リンクを介して支持軸１５９に発生するトルクＴは、図２０に示したように、変速機軸１７を回転駆動してしいるリンクユニットＵ１〜Ｕ４の駆動リンク１３１に作用する駆動力の変化に対応する大きさおよび向きを有しており、第４リンクおよびレバー１６０を介して支持軸１５９を回動させようとする。なお、図２０において、符号Ｕ１〜Ｕ４は変速機軸１７を回転駆動しているリンクユニットを示し、符号Ｆ0は、該分力Ｆの大きさ目安を示すための値を示している。
【００８５】
このとき、操作ワイヤ１５５を通じて操作力がリテーナ１５８ｅに作用していなければ、トルクＴがアップ方向Ａ２およびダウン方向Ａ３のいずれの方向に支持軸１５９を回動させようとしても、ローラ１５８ｃがロック状態になって支持軸１５９は回動しない。また、シフトアップ（シフトダウン。以下、括弧内には、シフトダウンに対応する説明を記す。）をさせる操作力がリテーナ１５８ｅに作用しているときに、トルクＴが支持軸１５９をアップ方向Ａ２（ダウン方向Ａ３）に回動させるように作用すると、トルクＴがアシスト力となって操作力が軽減される。一方、分力Ｆが支持軸１５９をダウン方向Ａ３（アップ方向Ａ２）に回動させるように作用するときには、ローラ１５８ｃがロック状態になって、支持軸１５９がダウン方向Ａ３（アップ方向Ａ２）に回動することが阻止される。
【００８６】
それゆえ、操作軸１５７、二方向クラッチ１５８、支持軸１５９、レバー１６０、第４枢軸１６１および中間リンク１６２は、前記操作レバーによる操作力を第３枢軸１５３に伝達する伝達機構Ｍ５を構成する。
【００８７】
図１６，図１７を参照して、リヤハブ８０および被動スプロケット６０に関連して説明する。後輪軸６４に軸受８１を介して回転可能に支持されるリヤハブ８０の右端部には、一方向クラッチ８２を介して被動スプロケット６０が設けられる。そして、一方向クラッチ８２の右端部は、被動スプロケット６０と後輪軸６４との間に設けられたカバー８３により覆われる。
【００８８】
一方向クラッチ８２は、被動スプロケット６０により構成されるアウタレース８２ａと、リヤハブ８０にネジ結合されたインナレース８２ｂと、両レース８２ａ，８２ｂの径方向での間の収容空間に配置された複数のローラ８２ｃと、前記複数のローラ８２ｃの周方向での間隔を保持するリテーナ８２ｄと、アウタレース８２ａとリテーナ８２ｄとの間に配置された圧縮スプリングからなるクラッチスプリング８２ｅとから構成される。
【００８９】
リテーナ８２ｄは、車幅方向に離隔した円環状の大径リング８２d1および小径リング８２d2と、両リング８２d1，８２d2に連結されて車幅方向に延びて周方向で隣接するローラ８２ｃの間に位置する保持部８２d3と、直径方向で対向する位置にある１対の保持部８２d3に一体形成されて被動スプロケット６０に形成された長孔６０ａを右方に貫通して突出する突起８２d4からなる位置決め部とを有する。突起８２d4がカバー８３に形成された凹部８３ａからなる係合部と係合することにより、カバー８３とリテーナ８２ｄとが一体に回転可能になる。
【００９０】
クラッチスプリング８２ｅは、直径方向で対向する位置にある１対の保持部８２d3とアウタレース８２ａとの間に配置されて、該１対の保持部８２d3を、その弾発力により正転方向Ａ０に付勢している。
【００９１】
カバー８３は、後輪軸６４に嵌合されて固定された車筒８４に固定された線材からなる円環状のフリクションスプリング８５の弾発力により径方向外方に付勢される。また、カバー８３の外周とアウタレース８２ａとの間は、シール８５により、カバー８３の内周と車筒８４との間は、シール８６により、それぞれ密閉にされる。
【００９２】
フリクションスプリング８５のセット荷重は、遮断状態にある一方向クラッチ８２が接続状態に移行するとき、クラッチスプリング８２ｅが正転する被動スプロケット６０により圧縮されて、ローラ８２ｃがアウタレース８２ａ（被動スプロケット６０）の内周面に形成されたカム面８２a1とインナレース８２ｂとの間でロック状態になる（図１７に二点鎖線で示される。）ように、後輪軸６４とリテーナ８２ｄとの間で相対回転が生じさせない摩擦力をカバー８３とフリクションスプリング８５との間に生じさせる大きさであって、しかも、一方向クラッチ８２が接続状態になったとき、カバー８３がリテーナ８２ｄ、被動スプロケット６０（アウタレース８２ａ）およびインナレース８２ｂと共に回転することができるような大きさに設定される。
【００９３】
このような一方向クラッチ８２により、被動スプロケット６０が正転方向Ａ０に回転するとき、ローラ８２ｃがロック状態になって、被動スプロケット６０とリヤハブ８０とが一体に回転する。また、自転車の走行中に運転者がペダル９を漕ぐことを止めたとき、もしくは運転者が降車した状態で、自転車を前進させるときは、クラッチスプリング８２ｅの弾発力によりチェーンの弛み分だけ被動スプロケットが正転方向Ａ０と逆の方向に回転し、ローラ８２ｃがロック解除状態になって、一方向クラッチ８２が遮断状態になり、被動スプロケット６０が停止した状態で、後輪ＷＲのみ、すなわちリヤハブ８０のみが正転方向Ａ０に回転する。さらに、例えば運転者が降車した状態で、自転車を後進させるときは、クラッチスプリング８５の弾発力により、ローラ８２ｃは図１７に示したロック解除状態にあって、一方向クラッチ８２が遮断状態になるため、被動スプロケット６０が停止した状態で、後輪ＷＲ、すなわちリヤハブ８０のみが逆転方向に回転する。
【００９４】
つぎに、この無段変速装置２９の動作について説明する。図９に示したように、無段変速装置２９が最小変速比にある状態で自転車が走行しているとき、支持部材１５１が第１ストッパ１６７に当接した状態で第３枢軸１５３の位置が固定されている。このとき、入力軸６３が１回転する間に、図１８（Ａ）で示したように、入力軸６３からの駆動力により、入力軸６３の１回転あたり各駆動リンク１３１は図示される両位置Ｐ１，Ｐ２の間で往復運動し、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４は、順次、揺動角度範囲θ１で揺動体１３３を揺動させる。そして、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４が一方向クラッチ１３６を介して変速機軸１７に連結されていることから、４つのリンクユニットＵ１〜Ｕ４を有する無段変速装置２９において、入力軸６３の１回転の間に、変速機軸１７は、図１３（Ａ）に示したように、４つのリンクユニットＵ１〜Ｕ４のうち、正転方向Ａ０での最大角速度（回転速度）で変速機軸１７を回転駆動するリンクユニットＵ１〜Ｕ４により順次回転駆動される。
【００９５】
このとき、変速機軸１７の回転速度が最大となるタイミングでは、第３駆動ギヤ２６および第３被動ギヤ１２７からなる非円形ギヤを使用した不等速回転伝達機構Ｍ２により入力軸６３の回転速度が最小となり、例えばリンクユニットＵ１が変速機軸１７を駆動している状態から、リンクユニットＵ１に対して９０°の位相を有するリンクユニットＵ２が変速機軸１７を駆動する状態に移行するタイミング、すなわち変速機軸１７の回転速度が最小となるタイミングでは、不等速回転伝達機構Ｍ２により、入力軸６３の回転速度が最大となって、変速機軸１７の回転速度の変動幅が減少して、その脈動が低減される。なお、図１９において、符号Ｕ１〜Ｕ４は変速機軸１７を回転駆動しているリンクユニットを示し、符号ω0は、変速機軸１７の角速度ωの大きさ目安を示すための値を示している。
【００９６】
この最小変速比での運転状態から、シフトアップするために運転者が前記変速レバーを操作すると、操作力が操作ワイヤ１５５、ドラム１５６および操作軸１５７を介して二方向クラッチ１５８（図１５参照）のリテーナ１５８ｅをアップ方向Ａ２に回動させる。このとき、図２０（Ａ）に示したように、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４に対する入力軸６３からの駆動力により変速機軸１７が加速されるときの該駆動力の分力Ｆ（図２０においてプラス側の分力）によりリンクを介して支持軸１５９に発生するトルクＴが、アシスト力として変速リンク１５４、中間リンク１６２およびレバー１６０を介して支持軸１５９に作用する。そして、支持軸１５９の回動により、第３枢軸１５３が、支持部材１５１を支持する中心軸１５２を中心とする円形の変速軌道上を、図２１に示される最大変速比での位置に向けて移動して、より大きな変速比で後輪ＷＲが回転駆動される。
【００９７】
図１８（Ｂ）を参照すると、変速リンク１５４および第３枢軸１５３が最大変速比にある状態（図２１参照）で、入力軸６３が１回転する間に、入力軸６３の１回転あたり各駆動リンク１３１は図示される両位置Ｐ３，Ｐ４の間で往復運動し、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４は、最小変速比での揺動角度範囲θ１よりも大きい揺動角度範囲θ２で揺動体１３３を揺動させる。そして、４つのリンクユニットＵ１〜Ｕ４により、入力軸６３の１回転の間に、変速機軸１７は、図１９（Ｂ）に示したように、正転方向Ａ０での最大角速度（回転速度）で変速機軸１７を回転駆動するリンクユニットＵ１〜Ｕ４により順次回転駆動される。このときも、前述の最小変速比のときと同様に、不等速回転伝達機構Ｍ２により、変速機軸１７の回転速度の変動幅が減少して、その脈動が低減される。
【００９８】
この最大速度比での運転状態から、シフトダウンするために運転者が前記操作レバーを操作することにより、操作力が操作ワイヤ１５５、ドラム１５６および操作軸１５７を介して一方向クラッチ１５８（図１４参照）のリテーナ１５８ｅをダウン方向Ａ３に回動させる。このとき、図２０（Ｂ）に示したように、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４に対する入力軸６３からの駆動力により変速機軸１７が減速される方向の該駆動力の分力Ｆ（図２０においてマイナス側の分力）によりリンクを介して支持軸１５９に発生するトルクＴが、アシスト力として支持軸１５９に作用する。そして、支持軸１５９の回動により、第３枢軸１５３が、最大変速比での位置から最小変速比での位置に向けて前記変速軌道上を移動して、より小さい変速比で後輪ＷＲが回転駆動される。
【００９９】
このようにして、変速操作機構Ｍ４での変速操作により、第３枢軸１５３が、最小変速比での位置と最大変速比での位置との間の任意の位置を無段階に占めることかできるので、クランク軸７の回転が無段階に変速されて後輪ＷＲに伝達される。
【０１００】
次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。クランク軸７により回転駆動される入力軸６３と変速機軸１７を駆動連結する変速機機構Ｍ３は、ギヤを使用しない複数のリンクユニットＵ１〜Ｕ４から構成されるので、前記従来技術とは異なり、騒音の発生が抑制され、変速機構Ｍ３が計量化される。また、入力軸６３と変速機軸１７とが複数のリンクから構成されるリンクユニットＵ１〜Ｕ４を介して駆動連結されるので、クランク軸７、ひいては車体フレームに対する変速機軸１７の配置の自由度が大きくなる。そのため、後輪ＷＲが上下方向に揺動可能なスイングアーム２３により支持される場合にも、車体フレームに対して揺動軸２２を含む仮想平面Ｈの近傍に変速機軸１７を配置することかできる。
【０１０１】
クランク軸７と入力軸６３との間に増速機構Ｍ１が設けられることにより、変速機軸１７の回転速度の脈動の周期が短縮されるので、重量増および大型化を抑制しつつ、運転者が回転速度の脈動を感じることが少ない快適な走行性を実現することができる。
【０１０２】
また、クランク軸７と入力軸６３との間に、非円形ギヤである第３駆動ギヤ１２６および第３被動ギヤ１２７から構成される不等速回転伝達機構Ｍ２が配置されて、各変速比において、変速機軸１７の回転速度が最大となるタイミングで入力軸６３の回転速度が最小となり、変速機軸１７の回転速度が最小となるタイミングで入力軸６３が回転速度が最大となるよう両ギヤ１２６，１２７を噛合させることにより、変速機軸１７の回転速度の脈動を一層低減することができる。
【０１０３】
変速操作のための操作力を第３枢軸１５３に伝達する伝達機構Ｍ５により、変速リンク１５４を介して伝達される、リンクユニットＵ１〜Ｕ４を駆動する駆動力の分力Ｆが操作力のアシスト力とされるので、クランク軸７により入力軸６３が回転駆動されて、その駆動力により駆動される駆動リンク１３１の往復運動を利用することにより、運転者がペダル９を漕いでクランク軸７を回転させているときの変速操作の操作力が軽減されて、軽快な変速操作が可能になる。
【０１０４】
しかも、伝達機構Ｍ５には、変速機構Ｍ３側から作用する力による支持軸１５９の回動を阻止し、前記操作レバーから作用する操作力による支持軸１５９の回動を許容する二方向クラッチ１５８が設けられるので、自転車の停止時はもちろん、走行中であっても確実に変速操作ができる。
【０１０５】
入力軸６３に枢着される駆動リンク１３１の一つである右端のリンクユニットＵ１の駆動リンク１３１が、車幅方向で、増速機構Ｍ１の１対の増速段をそれぞれ構成するギヤである第１駆動ギヤ１２２と第３駆動ギヤ１２６との間に配置され、しかも第１駆動ギヤ１２２および第３駆動ギヤ１２６とクランク軸７の径方向で重なり得る位置に配置されることにより、車幅方向で無段変速装置２９を小型化でき、さらにクランク軸７と入力軸６３との軸間距離を小さくすることができて、この点でも無段変速装置２９の小型化に寄与できる。
【０１０６】
また、増速機構Ｍ１の最終ギヤである第３被動ギヤ１２７は、両端がケース６１に支持された入力軸６３の一端部寄りに装着されることにより、第３駆動ギヤ１２６から第３被動ギヤ１２７を通じて入力軸６３が受ける荷重による入力軸６３のたわみを極力抑制することができると共に、第３被動ギヤ１２７を、入力軸６３に等間隔に配列されるリンクユニットＵ１〜Ｕ４のスペーサとして利用できることにより、入力軸６３の車幅方向での長さを抑制でき、無段変速装置２９を車幅方向で小型化できる。
【０１０７】
駆動リンク１３１と伝達リンク１３２とを枢着し、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４に変速リンク１５４を枢着するために、第１枢軸１３４に対して径方向に直列に二段のニードル軸受１４０，１６３が配置され、各ニードル軸受１４０，１６３がリテーナレスの軸受とされることにより、ニードル軸受１４０，１６３の摩擦が低減される。しかも、ニードル軸受１４０，１６３の第１枢軸１３４の軸線方向でのそれらリンク１３１，１３２，１５４の幅を減少させることができるので、変速機構Ｍ３、ひいては無段変速装置２９を車幅方向で小型化できる。
【０１０８】
変速リンク１５４を回動自在に支持する第３枢軸１５３は、支持部材１５１の、対面する互いに平行な１対の側部１５１ａ１により支持される。しかも、各側部１５１a1がケース６１に支持されることにより、伝達機構Ｍ５および第３枢軸１５３を通じてそれぞれの側部１５１a1に作用する変速操作のための操作力に基づく荷重が小さくなることと相まって、各側部１５１a1の変形や倒れが抑制され、しかも軽量化ができる。さらに、両側部１５１a1において第３枢軸１５３が支持される部分付近は、連結部１５１a2により連結されることにより、支持部材１５１の剛性が高められるので、側部１５１a1の変形や倒れが一層少なくなる。
【０１０９】
第３枢軸１５３に支持される全ての変速リンク１５４を車幅方向に等間隔に配列するために、カラー１７０のほかに第３枢軸１５３に支持される中間リンク１６２を利用して隣接する変速リンク１５４の間隔を保持していることにより、同様に、入力軸６３に枢着される全てのリンクユニットＵ１〜Ｖ４を車幅方向に等間隔に配列するために、カラー１４６のほかに第３被動ギヤ１２７を利用して隣接するリンクユニットＵ１〜Ｕ４の間隔を保持していることにより、スペーサとしてのカラーの個数を削減できると共に、第３枢軸１５３を支持する支持部材１５１および入力軸６３の車幅方向での幅を減少させて、支持部材１５１および入力軸６３ひいては無段変速装置２９を車幅方向で小型化できる。
【０１１０】
以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
前記実施形態では、不等速回転伝達機構Ｍ２は非円形ギヤから構成されたが、不等速回転伝達機構Ｍ２は、偏心ギヤ等の他の不等速回転を生じさせる部材で構成されてもよい。増速機構Ｍ１は、３を除く複数の増速段または１つの増速段を有するものであってもよい。さらに、自転車はダウンヒル用以外の自転車であってもよく、また、２輪車あるいは３輪車であってもよい。
【０１１１】
支持リンク１５１ａは、前記実施形態では１対の側部１５１a1および連結部１５１a2を構成する単一の部材から構成されたが、１対の側部および連結部を別個の３つの部材として、それら部材を結合することにより構成することもできる。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような高価が達成される。
(1)請求項１〜５の発明によれば、変速機軸を、クランク軸と同軸上に配置しないことにより、車体の形状に応じて変速機とクランク軸との位置を自由に設定することができる。
(2)請求項２の発明によれば、スイングアームの揺動軸に近接させて変速機軸を配置できる。したがって、クランク軸と同軸上に変速機軸が配置されるのと違い、揺動軸をクランク軸に近接しなくても、リヤディレーラを設けないで後輪に駆動力を伝達するチェーンの動揺を小さくすることができる。
(3)請求項３の発明によれば、変速機軸を揺動軸の後方に配置するよりも、スイングアームの揺動に伴う前記チェーンの動揺を小さくすることができる。
(4)請求項４の発明によれば、変速機やギヤ装置をケース内にコンパクトに収納することができる。
(5)請求項５の発明によれば、クランク軸と変速機との相対位置の選択の自由度を高められる。
(6)請求項６の発明によれば、クランク軸により回転駆動される入力軸と出力軸としての変速機軸とが、ギヤを使用しないリンクユニットを介して連結されるので、騒音の発生が抑制され、変速機構が軽量化される。
(7)請求項７の発明によれば、入力軸と変速機軸とが複数のリンク機構を介して連結されるので、クランク軸や変速機軸の配置自由度が大きくなる。
(8)請求項８の発明によれば、クランク軸と入力軸との間に増速機構が設けられるので、変速機軸の回転速度の脈動の周期が短縮されると共に、その変動幅が減少するので、重量増および大型化を抑制しつつ、簡単な構造により脈動が低減されて、運転者が回転速度の脈動を殆ど感じることがないような快適な走行性を実現することができる。
(9)請求項９の発明によれば、クランク軸と入力軸との間に不等速回転伝達機構が配置されるので、各変速比において、変速機軸の回転速度が最大となるタイミングで入力軸の回転速度が最小となり、変速機軸の回転速度が最小となるタイミングで入力軸が回転速度が最大となるように各ギヤを組み合わせれば、変速機軸の回転速度の脈動を一層低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る変速機付き自転車の側面図である。
【図２】踏力の伝達装置を示す自転車の要部断面図である。
【図３】ワンウェイクラッチ用操作カムの展開図である。
【図４】内装多段式変速機の構成を示す模式図である。
【図５】第２実施形態に係る自転車の要部側面図である。
【図６】第２実施形態に係る踏力伝達装置の要部断面図である。
【図７】本発明を適用した変速機付き自転車の他の実施形態の左側面図である。
【図８】図９のＸ１−Ｘ１線およびＸ２−Ｘ２線での断面図である。
【図９】最小変速比の状態にあるときの図７の無段変速装置について、右ケース部分を外し、各種の軸を断面としたときの右側面図である。
【図１０】図７の無段変速装置の不等速回転伝達機構を構成するギヤの正面図である。
【図１１】図１２のＸ４−Ｘ４線での断面図である。
【図１２】図７の無段変速装置の変速機構を構成するリンクユニットの右側面図である。
【図１３】図７の無段変速装置の変速機構を構成する４つのリンクユニットの入力軸への枢着の形態を説明する模式図である。
【図１４】図９のＸ３−Ｘ３線およびＸ５−Ｘ５線での断面図である。
【図１５】図１４のＸ６−Ｘ６線での断面図である。
【図１６】図７の自転車のリヤハブおよび被動スプロケットについて、図１７のＸ−Ｘ線での断面図である。
【図１７】図１６のＸ７−Ｘ７線での断面図である。
【図１８】図７の無段変速装置の揺動体の揺動角度範囲を説明する模式図であり、（Ａ）は最小変速比でのものであり、（Ｂ）は最大変速比でのものである。
【図１９】図７の無段変速装置の変速機軸の角速度を説明する図であり、（Ａ）は最小変速比でのものであり、（Ｂ）は最大変速比でのものである。
【図２０】図７の無段変速装置の入力軸の１回転における駆動力の分力を説明する図であり、（Ａ）は最小変速比でのものであり、（Ｂ）は最大変速比でのものである。
【図２１】図９と同様の右側面図であり、無段変速装置が最小変速比の状態にあるときのものである。
【符号の説明】
１…自転車、２…車体フレーム、７…クランク軸、１０…変速機、１１…シャフト（変速機軸）、１６…チェーン、１７…変速機軸、２１…メインフレーム、２２…揺動軸、２３…スイングアーム、２９…無段変速装置、３３…駆動スプロケット、６１…ケース、６３…入力軸、１０４…操作カム、Ｍ１…増速機構、Ｍ２…不等速回転伝達機構、Ｍ３…変速機構、Ｍ４…変速操作機構、Ｕ１〜Ｕ４…リンクユニット

Claims (3)

1. 内装多段式の変速機を備える自転車において、
   前記変速機の変速機軸が、クランク軸とは別に設けられ、クランク軸に平行に配置されており、
   前記変速機は、クランク軸により回動される入力軸と、前記入力軸に偏心して連結され、入力軸の回転角度に応じて揺動運動する少なくとも一つのリンク機構と、前記リンク機構を前記変速機軸に連結し、前記リンク機構の揺動運動に連動して前記変速機軸を一方方向へ脈動させる一方向クラッチと、入力軸の回転角度に対するリンク機構の揺動角度を調整して、入力軸の回転角度に対する変速機軸の回転角度を変更する変速操作手段とを含み、
   前記クランク軸と入力軸とが不等速回転伝達機構を介して噛合されたことを特徴とする変速機付き自転車。
2. 複数の前記リンク機構を備え、前記各リンク機構が入力軸に対して周方向に等角度の間隔で連結され、各リンク機構が入力軸の回転に同期して異なる位相で揺動運動することを特徴とする請求項１に記載の変速機付き自転車。
3. 前記クランク軸と入力軸とが増速機構を介して噛合されたことを特徴とする請求項１または２に記載の変速機付き自転車。

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