JPH0689827B2 - 無段変速機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は無段変速機に関し、特に、相互に偏心した内
外両輪に係合して、両輪の一方から他方に回転力を伝達
する係合部材を、ガイドによってその係合位置と離脱位
置とを変化させることにより、２輪車等の入出力輪間の
変速比を無段階に変化させるものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の無段変速機としては、例えば特開昭52−
51640号公報記載のものがある。この従来技術は、駆動
内歯車と従動内歯車とを同軸に配置し、可動偏心輪によ
り前記両歯車と偏心移動自在とした中間ロータを有し、
この中間ロータに、前記内歯車と噛合して一方向の回転
のみを伝達する駆動用クリックと従動用クリックをそれ
ぞれ複数個設けて、可動偏心輪を回転させることにより
中間ロータの偏心量を変化させて、駆動内歯車と従動内
歯車との間の変速比を変化させている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の無段変速機にあって
は、偏心量を変化させることによって変速比を変えるも
のであって、駆動内歯車と従動内歯車との間に駆動用ク
リックと従動用クリックと中間ロータがあり、駆動内歯
車の回転力は駆動用クリックと中間ロータと従動用クリ
ックとを順次介して従動内歯車に伝達されることになっ
ているから、回転力伝達経路と全体の構造との部品点数
が多くなり、全体として大型且つ複雑になるという問題
点があるほか、回転力伝達経路の部品点数が多いために
これらの連結部位における摩擦における動力のロスにつ
ながって、この変速機を自転車に使用するとペダルの踏
み込みが重くなるという問題点になって表れる。

この発明は、このような従来技術の問題点に着目してな
されたものであって、回転力の伝達経路を簡素化すると
ともに全体として構造を簡単にすることにより、変速機
の小型化とコストの低下とを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の無段変速機は、回転する内外両輪を相互に偏
心させてその偏心距離を固定した状態で配置している。
かかる両輪間に回転移動しながら係合して両輪の一方か
ら他方へ回転力を伝達する係合部材を介在させている。

係合部材は、内外両輪の一方の輪に枢着され且つ他方の
輪に形成された凹凸に向けて起き上がる方向に付勢され
ていて、起き上がって前記凹凸に係合する係合姿勢と伏
せて前記凹凸から離脱して前記連動を解除する離脱姿勢
との間で姿勢可変に配置されている。

さらに係合部材の移動軌跡上で係合部材を係合位置で前
記係合姿勢に変化させ且つ離脱位置で前記係合を離脱す
る離脱姿勢に変化させるガイドを、係合部材の離脱位置
で起き上がりを抑制し且つ係合位置で起き上がりの抑制
を解除する曲線をもつ環状のレールにより構成し、この
ガイドを各係合部材に摺接させた状態で内外両輪の周方
向に回転可能に支持することにより係合及び離脱位置を
可変にしている。

〔作用〕

相互に偏心した内外両輪は、周方向の位置に応じて両輪
の間隔が向段階に変化しているため、周方向の位置によ
って、両輪の対向する部分の周速比が無段階に変化す
る。そこで周方向の位置を選択して、内外両輪のその選
択した位置においてのみ内外両輪を係合部材で連動させ
ることによって、内外両輪間の変速比を決定することが
できる。また前記係合部材によって両輪を連動させる位
置を周方向に変化させることによって、変速比を無段階
に変化させる。そして係合部材によって両輪を連動させ
る位置を変化させるものがガイドである。ガイドは、こ
れを回転させることによって係合部材の移動軌道上で、
係合部材の姿勢を両輪に係合した状態の係合姿勢と、係
合を離脱した状態の離脱姿勢との間で変化させるが、前
記係合姿勢をとる位置（係合位置）と前記離脱姿勢をと
る位置（離脱位置）とを周方向に変化させることによっ
て、両輪間の変速比を無段階に変化させることができ
る。而して、この発明における変速は前記ガイドの回転
のみによって行われる。

〔発明の原理〕

はじめに、第１図及び第２図に基づいてこの発明の原理
を説明する。

外輪10の中心10aと内輪11の中心11aとは図示の距離だけ
偏心している。第１図は、外輪10を駆動輪とし、内輪11
を従動輪とした場合である。同図において、外輪10の円
周を６等分した位置に１〜６の記号が付され、これらの
各位置からそれぞれ等距離にある内輪11の位置にａ〜ｆ
の記号が付される。即ち、線分１−ａ、２−ｂ・・・６
−ｆの長さは夫々等しい。また内輪11の位置（ｇ）と位
置ａとの間の弧は、内輪11を６等分した長さをもつ。

ここで、線分１−ａの長さを維持したまま（線分１−ａ
を、これと同一長さの剛体として理解すればよい。）、
外輪10を矢印方向に回転させて位置１を位置２まで移動
させると、内輪11の位置ａは位置ｂまで移動することに
なる。このとき線分１−ａは線分２−ｂと同一長さであ
ることは勿論である。すると、外輪10は360度のうちの
６分の１の角度だけ回転したことになるに対して、内輪
11は６分の１の角度より大きい角度で回転したことにな
る。かくして、外輪10の位置1,2間では内輪11の回転は
増速されることになる。同様にして第１図をみると、外
輪10の位置６から位置３までの間においては内輪11が増
速され、逆に外輪10の位置３から位置６までの間におい
ては内輪が減速されることが理解でき、これら増速比の
最大値と減速比の最大値との間にあっては、無段階に変
速比が変化することが分かる。

そこで、この発明は、前記増速，減速及びこれらの間の
等速の各位置（領域）を適宜選択することにより、その
選択した位置のみで外輪と内輪とを連動させ、他の位置
では両輪の間を無縁として変速比を選定し、またこの選
択位置を変化させることにより変速比を無段階に変化さ
せるものである。

第２図は、内輪11を駆動輪とし且つ外輪10を従動輪とし
た場合の説明図である。ここでは、内輪11が円周上の位
置ｅから位置ｆまでに、360度の６分の１の角度だけ回
転する間に、外輪10は円周上の位置５から位置６に移動
することが分かる。このときは外輪10の円周上の位置５
から位置までの距離が円周の６分の１に相当するもの
であるから、内輪11が６分の１回転する間に外輪10は６
分の１を超える角度で回転して増速されることになる。
かくして、内輪11を駆動輪とし外輪10を従動輪とした場
合でも、第１図の場合と同様に、両輪を連動させる位置
によって変速比を設定し、且つその変速比を変化させる
ことができる。

この発明においては、以上の原理を利用し、前記線分１
−a,2−ｂ・・・６−ｆは係合部材として具体化し、且
つこの係合部材が両輪に係合して両輪を連動させる位置
を選択し且つ変化させる部材としてガイドを用いたもの
である。

〔実施例〕

第3,4図はこの発明を自転車用の無段変速機として実施
した場合を示しており、特にこの実施例は外輪10を駆動
輪とし、内輪11を従動輪とした前記第１図の原理を適用
している。しかし前記第２図の原理を適用して内輪11を
駆動輪とし、外輪10を従動輪とすることもできることは
勿論である。

この実施例において、図示する12は車体フレームの一部
をなすボスであり、これにクランクシャフト13が貫通し
ていて、クランクシャフト13の両端（一端のみを図示）
にはクランクアーム14が固定され、クランクアーム14の
先端には図示しないペダルが装着されて、公知の通りに
人が足でペダルを踏み込むことによりクランクシャフト
13を回転させるようにしてある。

クランクアーム14の基部には、クランクシャフト13と同
心の外部のディスク15が固定され、このディスク15の外
周部に、クランクシャフト13の軸心と同一の回転中心10
aをもつ外輪10が一体成形されている。外輪10の内側に
は外輪10の一部をなすラチェット状の内歯16が固定され
ている。外輪10と内歯16とは、この実施例では製造上の
都合から相互に別体のものを前記のように固定している
が、機能上は相互に一体をなすものであるから、両者を
一体成形してもよいことは勿論である。而して、クラン
クシャフト13の回転によってディスク15を介して内歯16
つきの外輪10が一体回転する構成となっている。

また、クランクシャフト13には、滑り軸受をなすカラー
17と、カラー17の両端のワッシャ18,19とが外嵌され、
カラー17には、後述の変速操作力を伝動する伝動カラー
20が回転自在に外嵌される。この伝動カラー20の前記デ
ィスク側の端部には、外周に後術の変速用のガイド21を
形成した内部のディスク22が、伝動カラー20と一体回転
するように固定され、また伝動カラー20の反対側の端部
にはハンドル23が、これも伝動カラー20と一体に回転す
るように固定されている。

前記伝動カラー20には、中心11aをもつ偏心カラー24が
外嵌され、この偏心カラー24の外周に、前記中心11aを
回転中心とする内輪11が回転自在に外嵌される。内輪11
には自転車の駆動側（一般には、チェンで連結される２
つのスプロケットホィールのうちの前側）をなすスプロ
ケットホィール25が一体に成形されており、これも同様
に中心11aを回転中心としていて、内輪11とスプロケッ
トホィール25とは中心11aを回転中心として一体に回転
する構成となっている。

前記偏心カラー24と内輪11の両端面にはワッシャ26,27
が配置され、一方のワッシャ26と偏心カラー24とは、ビ
ス等の固定手段28と固定金具29とを介して車体（ボス1
2）に固定されて回転止めされている。なお、以上の各
部品のうち、ワッシャ18,19,26,27、及び偏心カラー24
は合成樹脂で構成され、他の部品は鉄その他の金属を素
材としているが、各部品の素材は設計条件に応じて適宜
変更できるものとし、また他の部品と摺接する部品につ
いては、転がり軸受その他の軸受を適宜選択使用できる
ものとする。また、爪30には浸炭処理を施して強度を上
げている。

内輪11には複数の同寸法の爪30を円周方向に等間隔にピ
ン31によって枢着している。この爪30はこの発明に用い
られる係合部材をなすものであって、外輪10の回転を内
輪11に伝達するものであり、ここでは６個用いられてい
るが、これ以外の数であってもよいことは勿論である。
爪30はバネ32によって先端が内輪11がら離れる方向（外
輪10の内歯16に係合する方向）に付勢される。従ってこ
のままでは全ての爪30が内歯16に係合することになる
が、これを制御するのが変速用のガイド21である。

変速用のガイド21は、前記のように内部のディスク22の
外周に一体成形された案内レールであって、爪30を外輪
10の内歯16に係合するための係合姿勢にする係合位置21
aと、前記爪10を内歯16から離脱させるための離脱姿勢
にする離脱位置21bとが形成される。即ち、この実施例
では、ガイド21は連続した無端のレールであって、前記
係合位置21a及び離脱位置21bは前記中心10aを中心とす
る円弧をなし、前記離脱位置21bの半径を係合位置21aの
半径より小としてあり、且つ両位置21a,21bが連続する
部分は滑らかな曲線をなして連続されている。

かかるガイド21の内周には、爪30の側面に突設された突
起30aが摺接して、爪30を係合姿勢と離脱姿勢との間で
制御する。前記突起30aとガイド21とが接した状態で、
爪30の先端が内歯16から離脱するような半径にしたのが
ガイド21の離脱位置21bであり、突起30aとガイド21の接
触の有無にかかわらず爪30先端が内歯16に係合するよう
にしたのが係合位置21aである。

特に、この実施例においては、前記のように爪30はバネ
32によって内歯16に常時係合する方向に付勢されている
ため、この実施例におけるガイド21は、この係合を離脱
させることが主な機能となっており、従ってこの実施例
においては少なくともガイド21の離脱位置21bのみが形
成されていればよいことになる（これが、結果として、
係合位置21aの特定にもなる。）この場合、離脱位置21b
の両端部においては爪30が円滑に起伏するように滑らか
な曲線とする。

そして、ガイド21は、内部のディスク22,伝動カラー20
を介してハンドル23によりクランクシャフト13を中心と
して回転できるようになっているから、ハンドル23を、
図示しないワイヤロープ等を介して変速レバー等の操作
等により回転させれば、ガイド21は中心10aを中心とし
て所定角度の回転をし、以て係合位置21aの位置を変更
することができる。

なお、この発明は、係合部材（爪30）を両輪間に係合し
て両輪を連動させる円周上の位置（係合位置）を選択、
変更することによって無段階に変速することを原理とし
ているのであるから、爪30は外輪10に枢着されていても
よいし、また第三の部品に装着されていてもよい。従っ
て、内輪11の爪30がこの実施例とは逆に、図示しないバ
ネによって内輪11側に倒れるように付勢してあってもよ
い。この場合には、前記とは逆に爪30を起こして積極的
に内歯16に係合させるために用いる係合位置21aのガイ
ドが必要になる。また、爪30を逆に外輪10に枢着すると
ともに、これと係合する外歯を内輪11に形成する手段を
採用することもできるし、爪30を両輪10,11のいずれに
も枢着せずに、他の部品に取付けるともに、係合位置21
aにおいて爪30を両輪間に係合するガイドを設置するこ
とも可能である。

さらに、この実施例は、前記第１図の原理を適用したも
のであるが、前記第２図の原理を適用して、内輪11を駆
動輪とし、外輪10を従動輪とすることもこの発明の実施
態様である。さらにまた、この発明を自転車の後輪側の
スプロケットホィール部分に適用することも可能であ
り、また自転車以外の動力伝達機構に適用することも可
能である。

次に、この実施例の作動を説明する。

まず、変速用のガイド21の変速位置を選択して設定す
る。これは、変速レバー等によりハンドル23を回転さ
せ、もってガイド21を所定位置まで回転させて行う。こ
こでは変速レバー等又はその近傍に変速比を読み取るた
めの指標を付しておくことにより変速操作の目安とな
る。

すると、ペダルの踏み込みにより回転するクランクアー
ム14,クランクシャフト13,外部のディスク15を介して外
輪10が中心10aを中心として回転する。このとき、ガイ
ド21によって設定された係合位置21aにおいてのみ爪30
が外輪10の内歯16に係合するから、外輪10の回転は爪30
を介して或る変速比によって内輪11に伝達される。外輪
10の回転に連動して内輪11が回転すると、複数の爪30は
前記回転に応じて次々にガイド21の係合位置21aに至
り、ここでバネ32により爪30が起き上がって係合姿勢に
なり外輪10の内歯16に係合し、外輪10の回転力を内輪11
に伝達する。そして係合位置21aを過ぎて離脱位置21bに
至るとガイド21によって爪30が離脱姿勢になって内歯16
から離れる。或る爪30が係合位置21aを離れて離脱位置2
1bに至るときには、後続の爪30係合位置21aに至ってい
て、外輪10の回転力を常時内輪11に伝達している。かく
して、ガイド21の係合位置21aによって設定された変速
比により外輪10から内輪11に回転力が伝達される。この
ため、スプロケットホィール25も内輪11と一体の変速比
によって回転することになる。

また、変速比を変更する場合には、前記変速レバー等に
よりハンドル23を回転させてガイド21を中心10aを中心
として所定角度回転させればよい。この角度に応じて変
速比は無段階に変更できる。すると、ガイド21の係合位
置21aが前記回転に応じて移動して新たな位置に設定さ
れるから、この位置に対応した変速比が得られることに
なる。前記第１図で原理を説明した通り、両輪10,11間
の最大増速位置と最大減速位置とは、前記２つの回転中
心10a,11aを介して反対側で且つ前記両中心を通る直線
の近傍にあって、両位置間には大体180度の回転角があ
るから、ガイド21は、その係合位置21aが前記最大増側
位置と最大減速位置との間で移動できるように、大体18
0度程度の回転が可能になっていれば変速比の幅を最大
にできる。しかし、変速比の幅が小さくても足りる場合
には前記角度を180度より小さくしてもよい。

なお、前記ガイド21の回転による変速比の変更操作を自
動化するために、前記ハンドル23を流体圧や電磁力等を
用いた駆動源により回転するように構成し、この駆動源
を、走行負荷量を検出する装置に連結して、走行負荷量
に比例して前記変速比を変更することができるようにす
ることも可能である。すると、上り板の走行の場合には
変速比を自動的に減速側に変化させ、しかも登坂角度に
比例した減速比とすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の無段変速機にあって
は、両輪を連動させる係合部材の係合位置を、偏心した
両輪間で変速用のガイドにより選択し変更することによ
って、両輪の偏心距離を変更させることなく両輪間の変
速比を無段階に変化させることができる。このため、外
輪と内輪との間の動力伝達部材を係合部材のみとするこ
とができたから、部品点数の削減による小型化，軽量化
とコスト低減を達成することができるばかりか、動力伝
達経路の摩擦個所の数も低減するから、動力損失も可及
的に減少するという効果がある。

特にこの発明においては、変速比を変更する操作は、環
状のレールにより構成したガイドを単に回転させるだけ
であるため、変速比の変更のための構造も簡単になり且
つ変更操作への摩擦抵抗も低減するから変速比の変更操
作が容易になるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、いずれもこの発明の原理を示す説
明図、第３図はこの発明の一実施例を示す断面図、第４
図は第３図のIV−IV線断面図である。 10……外輪、10a……外輪の回転中心、 11……内輪、11a……内輪の回転中心、 16……内歯、21……ガイド、21a……係合位置、21b……
離脱位置、24……偏心ワッシャ、25……スプロケットホ
ィール、 30……爪（係合部材）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転する内外両輪を相互に偏心させてその
   偏心距離を固定した状態で配置するとともに、回転移動
   しながら両輪に係合して両輪の一方から他方へ回転力を
   伝達する係合部材を、内外両輪の一方の輪に枢着し且つ
   他方の輪に形成された凹凸に向けて起き上がる方向に付
   勢して、起き上がって前記凹凸に係合する係合姿勢と伏
   せて前記凹凸から離脱して前記連動を解除する離脱姿勢
   との間で姿勢可変に配置し、さらに係合部材の移動軌跡
   上で係合部材を係合位置で前記係合姿勢に変化させ且つ
   離脱位置で前記係合を離脱する離脱姿勢に変化させるガ
   イドを、係合部材の距離位置で起き上がりを抑制し且つ
   係合位置で起き上がりの抑制を解除する曲線をもつ環状
   のレールにより構成し、このガイドを各係合部材に摺接
   させた状態で内外両輪の周方向に回転可能に支持するこ
   とにより係合及び離脱位置を可変に位置したことを特徴
   とする無段変速機。