変速プーリおよびこれを用いた自転車用駆動装置
【課題】２つのプーリ片の離間距離をスムーズに変化させることのできる変速プーリを提供する。
【解決手段】変速プーリ１０は、回転軸に連結される筒状のハブ１１と、２つのプーリ片１２、１３と、２つのトルクカム１４、１５と、２つの付勢手段２０、２１とを備える。２つのプーリ片１２、１３は、ハブ１１の外周部に摺動可能にそれぞれ設けられ、互いに対向する面の間に断面Ｖ字状のベルトを挟持するためのＶ溝を形成している。２つのトルクカム１４、１５は、２つのプーリ片１２、１３にそれぞれ設けられており、各トルクカム１４（１５）は、螺旋方向に移動可能に係合するとともに、ハブ１１とプーリ片１２（１３）とにそれぞれ固定される２つのトルクカム片１６、１７（１８、１９）からなる。付勢手段２０、２１は、２つのプーリ片１２、１３にそれぞれ設けられており、２つのプーリ片１２、１３が離間する方向にプーリ片１２、１３をそれぞれ付勢する。
【解決手段】変速プーリ１０は、回転軸に連結される筒状のハブ１１と、２つのプーリ片１２、１３と、２つのトルクカム１４、１５と、２つの付勢手段２０、２１とを備える。２つのプーリ片１２、１３は、ハブ１１の外周部に摺動可能にそれぞれ設けられ、互いに対向する面の間に断面Ｖ字状のベルトを挟持するためのＶ溝を形成している。２つのトルクカム１４、１５は、２つのプーリ片１２、１３にそれぞれ設けられており、各トルクカム１４（１５）は、螺旋方向に移動可能に係合するとともに、ハブ１１とプーリ片１２（１３）とにそれぞれ固定される２つのトルクカム片１６、１７（１８、１９）からなる。付勢手段２０、２１は、２つのプーリ片１２、１３にそれぞれ設けられており、２つのプーリ片１２、１３が離間する方向にプーリ片１２、１３をそれぞれ付勢する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速プーリおよびこれを用いた自転車用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転速度比を変えて回転動力を伝達するために、ベルトの巻き掛け径を変化させる変速プーリが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されている変速プーリは、回転軸に固定された筒状のハブと、ハブに固定された固定プーリ片と、ハブに摺動可能に取り付けられ、固定プーリ片との間に、断面Ｖ字状のベルトを挟持する可動プーリ片と、トルクカムと、可動プーリ片を固定プーリ片側へ付勢する圧縮コイルスプリングとを備えている。トルクカムは、螺旋方向に延びるカム溝が形成され、可動プーリ片に固定された筒状体と、ハブに突設され、カム溝内に挿入されるカムピンとから構成されている。ベルトから力を受けて可動プーリがハブに対して相対的に回転すると、この回転力の一部はトルクカムによって軸方向の力に変換されて、可動プーリ片は固定プーリに近接する方向に軸方向移動するようになっている。
【０００４】
この変速プーリでは、可動プーリ片には、ベルトによる可動プーリ片と固定プーリ片との間を押し広げる方向の力と、圧縮コイルスプリングの付勢力と、トルクカムにより生じた固定プーリ片に近接する方向の力とが作用している。可動プーリ片に作用するこれらの力の大きさを変化させることによって、可動プーリ片を固定プーリ片に対して近接・離間させて、ベルトの巻き掛け径を変化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平３−１１４４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の変速プーリでは、固定プーリ片はハブに固定されており、可動プーリ片のみを移動させることによって、２つのプーリ片の離間距離を変化させているため、２つのプーリ片の離間距離をスムーズに変化させることが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、２つのプーリ片の離間距離をスムーズに変化させることのできる変速プーリ、及びこの変速プーリを用いた自転車用駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
本発明の変速プーリは、回転軸に連結される筒状のハブと、それぞれが前記ハブの外周部に軸方向及び周方向に摺動可能に設けられるとともに、互いに対向する面の間に、断面Ｖ字状のベルトを挟持するためのＶ溝を形成する２つのプーリ片と、螺旋方向に移動可能に係合するとともに、前記ハブと前記プーリ片とにそれぞれ固定される２つのトルクカム片からなるトルクカムであって、前記２つのプーリ片にそれぞれ設けられている２つのトルクカムと、前記２つのプーリ片が離間する方向に前記プーリ片を付勢する付勢手段であって、前記２つのプーリ片にそれぞれ設けられている２つの付勢手段とを備えることを特徴とする（第１の発明）。
【０００９】
２つのプーリ片は、２つのトルクカムによってハブと連結されており、２つのプーリ片の回転力はトルクカムを介してハブに伝達される。ベルトの引張力が小さい場合には、２つの付勢手段の付勢力によって、２つのプーリ片は離間し、変速プーリにおけるベルトの巻き掛け径は小さくなる。このとき、プーリ片は、トルクカムによって案内されて螺旋方向に移動する。一方、ベルトの引張力が大きくなると、各プーリ片は、ベルトから受ける力によってハブに対して相対的に回転する。この回転力の一部がトルクカムによって軸方向の力に変換されることにより、２つのプーリ片は近接し、車輪用プーリにおけるベルトの巻き掛け径が大きくなる。
【００１０】
２つのプーリ片の離間距離を変化させる際、２つのプーリ片を共にハブに対して相対的に回転させるため、従来のように２つのプーリ片の一方のみを回転させる場合に比べて、スムーズに変化させることができる。
【００１１】
第２の発明の変速プーリは、前記第１の発明において、前記２つのトルクカム片は、軸方向に並べて配置された２つの筒状体であって、前記２つの筒状体のうちの一方の軸方向端部には、螺旋方向に延びる縁部を有する切欠け部が形成され、他方の軸方向端部には、軸方向に突出し、前記切欠け部に対して螺旋方向に摺動可能に係合する突起部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、トルクカム片は、端部に突起部又は切欠け部が形成された筒状体であって、簡易な形状であるため、製造が容易である。
また、１つのトルクカムを構成する２つのトルクカム片は、軸方向端部が係合しており、２つのトルクカム片同士の接触面積が大きいため、トルクカム片に局所的に大きな力が作用することがなく、変形や破損が生じにくい。そのため、２つのプーリ片の離接を長期間にわたってスムーズに行うことができる。
【００１３】
第３の発明の変速プーリは、前記第１の発明において、前記２つのトルクカム片の一方が、螺旋方向に延びるカム溝が形成された筒状体であって、他方は、前記カム溝内に挿入され、前記カム溝に沿って移動可能なカムピンを有していることを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、カムピンはカム溝内に挿入され、カム溝内においてのみ移動可能となっているため、２つのトルクカム片は、係合状態が外れることがなく、係合状態を常に維持できる。そのため、２つのプーリ片の離接を安定して行うことができる。
【００１５】
第４の発明の変速プーリは、前記第２又は第３の発明において、前記付勢手段が、前記プーリ片を前記ハブに対して回動付勢する捩りコイルスプリングであることを特徴とする。
【００１６】
プーリ片に作用する捩りコイルスプリングの周方向の付勢力は、このプーリ片とハブとにそれぞれ固定された２つのトルクカム片によって軸方向の力に変換され、これにより、プーリ片は、軸方向に関して２つのプーリ片が離間する方向に付勢される。
トルクカム片の切欠け部又はカム溝の螺旋方向の角度にもよるが、捩りコイルスプリングは、プーリ片を軸方向に同じ距離だけ移動させる引張コイルスプリングよりも、コイルの巻き数を少なくできるため、軸方向長さを短くできる。そのため、変速プーリを小形化することができる。
【００１７】
第５の発明の変速プーリは、前記第３の発明において、前記２つの付勢手段を備えていないことを特徴とする。
【００１８】
ベルトの引張力が小さい場合、プーリ片のハブに対する相対回転力が小さくなり、ベルトの押圧力によって、２つのプーリ片は離間する。そのため、２つのプーリ片を離間させる付勢手段を設けていなくても、２つのプーリ片を離間させることができる。このとき、トルクカムは、カム溝にカムピンが挿通されて係合しており、係合状態が外れることがないため、上述したような付勢手段によらない２つのプーリ片の離間移動を確実に行うことができる。
この構成によると、付勢手段を設けないため、変速プーリの部品点数が少なくなり、製造コストを低減できるとともに、変速プーリを小形化することができる。
【００１９】
本発明の自転車用駆動装置は、自転車のペダルの回転軸に連結される駆動プーリと、自転車の車輪の回転軸に連結される車輪用プーリと、前記駆動プーリと前記車輪用プーリとにわたって懸架されるベルトと、前記ベルトの緩み側部分に接触するテンションプーリと、このテンションプーリを前記ベルトの緩み側部分に押し付ける押圧手段とを備え、前記緩み側部分の張力を一定に維持する緩み側張力維持手段とを備える自転車用駆動装置であって、前記車輪用プーリとして、前記第１〜第５の何れかの発明の変速プーリを用いることを特徴とする。
【００２０】
この自転車用駆動装置では、ベルトの引張力に応じて車輪用プーリにおけるベルトの巻き掛け径を変化させることにより、駆動プーリと車輪用プーリとの回転速度比を変化させながら、駆動プーリの回転を車輪用プーリに伝達する。
また、変速プーリにおけるベルトの巻き掛け径が小さくなる際、ベルトの緩み側部分の張力が小さくなるが、このとき、ベルト緩み側張力維持手段の押圧手段によって、テンションプーリがベルトの緩み側部分に押し付けられるため、ベルトの緩み側部分の張力を一定に維持することができる。
また、車輪用プーリは、２つのプーリ片の離間距離をスムーズに変化させることができるため、自転車用駆動装置は、駆動プーリと車輪用プーリとの回転速度比をスムーズに変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態の自転車用駆動装置が適用された自転車の部分側面図であって、車輪用プーリ（変速プーリ）におけるベルトの巻き掛け径が最大の状態を示す図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１のIII‐III線断面図である。
【図４】第１実施形態の車輪用プーリの分解斜視図である。
【図５】図４中のトルクカム片の拡大図である。
【図６】車輪用プーリにおけるベルトの巻き掛け径が最小の状態を示す図であって、図１に相当する図である。
【図７】図６のＶII‐ＶII線断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の自転車用駆動装置に用いられる車輪用プーリの断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態の自転車用駆動装置に用いられる車輪用プーリの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。
本実施形態の自転車用駆動装置５は、自転車１に適用されている。図１及び図２に示すように、自転車１は、フレーム２と、ペダル３と、車輪（後輪）４と、ペダル３の回転を車輪４に伝達する自転車用駆動装置５とを備えている。ペダル３の回転軸３ａ（図２参照）と、車輪４の回転軸４ａ（図２参照）は、それぞれフレーム２に回転自在に取り付けられている。
【００２３】
自転車用駆動装置５は、ペダル３の回転軸３ａに連結された駆動プーリ６と、車輪４の回転軸４ａに連結された車輪用プーリ（変速プーリ）１０と、駆動プーリ６と車輪用プーリ１０とにわたって巻き掛けられたベルト７と、緩み側張力維持手段３０とを備えている。
【００２４】
図３に示すように、ベルト７は、内周側の部分ほどその幅が狭くなった断面Ｖ字状のいわゆるＶベルトである。
【００２５】
図１及び図２に示すように、駆動プーリ６は、ペダル３の回転軸３ａに固定されており、ペダル３の回転に伴って、図１中の矢印の方向に回転する。
【００２６】
車輪用プーリ（変速プーリ）１０は、車輪４の回転軸４ａに取り付けられており、図１中の矢印Ａ方向に回転する。車輪用プーリ１０には、ベルト７の巻き掛け径が可変な変速プーリが用いられている。図３及び図４に示すように、車輪用プーリ１０は、ハブ１１と、２つのプーリ片１２、１３と、２つのトルクカム１４、１５と、２つの捩りコイルスプリング（付勢手段）２０、２１と、２つのスプリングカバー２２、２３とを備えている。
なお、図３及び図４に示した矢印Ａは、図１の矢印Ａと同じく、車輪用プーリ１０の回転方向である。
【００２７】
ハブ１１は、不図示のワンウェイクラッチを介して回転軸４ａに連結されている。ワンウェイクラッチによって、ハブ１１の矢印Ａ方向の回転のみが、車輪４の回転軸４ａに伝達され、逆方向の回転は回転軸４ａに伝達されないようになっている。
【００２８】
図３及び図４に示すように、プーリ片１２、１３は、短筒状の部材に、円錐状の環状部材が取り付けれられた形状に形成されている。プーリ片１２、１３は、ハブ１１の外周面に軸方向及び周方向ともに摺動可能に取り付けられている。プーリ片１２、１３の対向する面の間にはＶ溝が形成されており、このＶ溝にベルト７が挟持される。プーリ片１２、１３を軸方向に離接させることにより、Ｖ溝の溝幅を変化させて、ベルト７の巻き掛け径を変化させるようになっている。
【００２９】
図３に示すように、２つのトルクカム１４、１５は、プーリ片１２、１３の軸方向両側に配置されており、図３中の左右方向に対称に形成されている。
【００３０】
図５に示すように、トルクカム１４は、軸方向に並んだ略筒状の固定トルクカム片１６と可動トルクカム片１７とから構成されている。固定トルクカム片１６は、ハブ１１の外周部に固定され、可動トルクカム片１７は、プーリ片１２に固定されている。
【００３１】
固定トルクカム片１６の軸方向一端部には、３つの切欠け部１６ａが周方向に並んで形成されている。切欠け部１６ａは、螺旋方向に延びる縁部と、軸方向に平行に延びる縁部とを有している。この螺旋方向は、矢印Ａ方向に向かうにつれて、車輪用プーリ１０の軸方向中心に近づく方向である。可動トルクカム片１７の軸方向一端部には、軸方向に突出する３つの突起部１７ａが周方向に並んで形成されている。突起部１７ａは、切欠け部１６ａに係合する形状に形成されている。突起部１７ａは、切欠け部１６ａの螺旋方向に延びる縁部に沿って摺動可能であり、これにより、可動トルクカム片１７は、固定トルクカム片１６に対して螺旋方向に移動可能に係合している。
【００３２】
固定トルクカム片１６と可動トルクカム片１７とが係合していることにより、プーリ片１２の回転力をトルクカム１４を介してハブ１１に伝達可能となっている。
また、可動トルクカム片１７と固定トルクカム片１６とは螺旋方向に移動可能に係合しているため、プーリ片１２がハブ１１に対して矢印Ａ方向に相対回転すると、この回転力の一部はトルクカム１４により軸方向の力に変換され、プーリ片１２はプーリ片１３に近接する方向に移動する。
【００３３】
また、トルクカム１５は、固定トルクカム片１８と可動トルクカム片１９とから構成されている。トルクカム１５は、トルクカム１４と図３中の左右方向に対称に形成されているため、トルクカム１５の説明は省略する。
【００３４】
図３及び図４に示すように、２つのスプリングカバー２２、２３は、図３中の左右方向に対称に形成されている。スプリングカバー２２、２３は、筒部２２ａ、２３ａと、この筒部２２ａ、２３ａの一端から径方向内周側に延在する環状の側壁部２２ｂ、２３ｂとを有している。スプリングカバー２２、２３の側壁部２２ｂ、２３ｂは、不図示の連結部材によって、固定トルクカム片１６、１８にそれぞれ固定されている。
【００３５】
２つの捩りコイルスプリング（付勢手段）２０、２１は、図３中の左右方向に対称に形成されている。以下、捩りコイルスプリング２０について説明し、捩りコイルスプリング２１の説明は省略する。
【００３６】
捩りコイルスプリング２０は、スプリングカバー２２の筒部２２ａの内周面と、トルクカム１４の外周面との間の空間に配置されている。捩りコイルスプリング２０は、周方向に引っ張られた状態で、その一端部が径方向外側に折り曲げられて、不図示の固定具によりプーリ片１２に固定されており、また、他端部は径方向内側に折り曲げられて（図４参照）、不図示の固定具により固定トルクカム片１６に固定されている。これにより、プーリ片１２及びこのプーリ片１２に固定されている可動トルクカム片１７は、捩りコイルスプリング２０によって、固定トルクカム片１６に対して（ハブ１１に対して）、矢印Ａ方向と反対方向に付勢されている。この周方向の付勢力は、固定トルクカム片１６と可動トルクカム片１７によって軸方向の力に変換され、これにより、プーリ片１２は、捩りコイルスプリング２０によって、軸方向に関して２つのプーリ片１２、１３が離間する方向に付勢される。
【００３７】
この車輪用プーリ１０では、ベルト７の引張力（詳細には、ベルト７のプーリ片１２、１３に挟持されている部分の回転力）が小さい場合、図６及び図７に示すように、捩りコイルスプリング２０、２１の付勢力によって、プーリ片１２、１３は回転しつつ離間する。そのため、車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径は小さくなる。
【００３８】
ベルト７の引張力が大きい場合、プーリ片１２、１３は、ベルト７の引張力によってハブ１１に対して相対的に回転する。この回転力の一部がトルクカム１４、１５によって軸方向の力に変換されることにより、図１及び図３に示すように、プーリ片１２、１３は、捩りコイルスプリング２０、２１の付勢力に抗して近接する。そのため、車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径は大きくなる。
【００３９】
図１に示すように、緩み側張力維持手段３０は、Ｌ字型アーム３１と、テンションプーリ３２と、テンションスプリング（押圧手段）３３とから構成されている。緩み側張力維持手段３０は、ベルト７の緩み側部分の張力を一定に保つためのものである。なお、ベルト７の緩み側部分とは、駆動プーリ６の回転によってベルト７が緩む側、即ち、駆動プーリ６よりもベルト走行方向に関して下流側の部分のことである。なお、図２では、テンションプーリ３２と、テンションスプリング３３の表示を省略している。
【００４０】
Ｌ字型アーム３１は、その中心部（折れ曲がり部）が、ペダル３の回転軸３ａに揺動可能に取り付けられている。
テンションプーリ３２は、Ｌ字型アーム３１の一方の先端部に回転自在に取り付けられている。テンションプーリ３２は、ベルト７の緩み側部分の内周面に接触している。
テンションスプリング３３は、Ｌ字型アーム３１の他方の先端部とフレーム２との間に引張状態で取り付けられており、テンションプーリ３２をベルト７の緩み側部分に押し付ける方向に付勢している。
【００４１】
この緩み側張力維持手段３０では、ベルト７の緩み側部分の張力が小さくなると、テンションスプリング３３の付勢力により、テンションプーリ３２は、ペダル３の回転軸３ａの軸心を中心にして揺動して、ベルト７の緩み側部分を外周側に押し広げる方向に押圧する。これにより、ベルト７の緩み側部分の張力が大きくなる。そのため、ベルト７の緩み側部分の張力を一定に維持することができる。
【００４２】
次に、自転車用駆動装置５の動作について説明する。
【００４３】
自転車用駆動装置５は、駆動プーリ６の回転をベルト７と車輪用プーリ１０を介して車輪４に伝達しており、その際、ベルト７の引張力に応じて車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径を変化させることにより、駆動プーリ６と車輪用プーリ１０との回転速度比（変速比）を変化させている。以下、具体的に説明する。
【００４４】
自転車１が下り坂や平坦路を走行している場合には、ベルト７の車輪用プーリ１０に懸架されている部分の引張力は小さいため、図６及び図７に示すように、２つのプーリ片１２、１３は、捩りコイルスプリング２０、２１の付勢力によって離間しており、車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径は小さくなっている。
【００４５】
従って、下り坂や平坦路の走行時には、駆動プーリ６の回転量に対する車輪用プーリ１０の回転量が大きいため、ペダル３の回転量を軽減することができる。
【００４６】
一方、自転車１が登り坂を走行している場合には、ベルト７の車輪用プーリ１０に懸架されている部分の引張力は大きいため、図１及び図３に示すように、プーリ片１２、１３は、ベルト７の引張力によって、捩りコイルスプリング２０、２１の付勢力に抗して近接しており、車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径は大きくなっている。
【００４７】
従って、駆動プーリ６の回転量に対する車輪用プーリ１０の回転量は小さい。登り坂走行時には、車輪４の走行抵抗が大きいため、ペダル３を回転させるためには大きな力が必要となるが、上述したように、駆動プーリ６の回転量に対する車輪用プーリ１０の回転量が小さいため、ペダル３を回転させるために必要な力を軽減することができる。
【００４８】
また、車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径が小さくなった際、ベルト７の緩み側部分の張力が小さくなる。このとき、テンションスプリング３３の付勢力により、テンションプーリ３２がベルト７の緩み側部分に押し付けられるため、ベルト７の緩み側部分の張力を一定に維持することができる。
【００４９】
上述したように、車輪用プーリ１０は、２つのプーリ片１２、１３の離間距離を変化させる際、２つのプーリ片１２、１３を共にハブ１１に対して相対的に回転させているため、従来のように２つのプーリ片の一方のみを回転させる場合に比べて、２つのプーリ片１２、１３の離間距離をスムーズに変化させることができる。従って、自転車用駆動装置５は、駆動プーリ６と車輪用プーリ１０との回転速度比をスムーズに変化させることができる。
【００５０】
また、トルクカム片１６、１７、１８、１９は、端部に切欠け部又は突起部が形成された筒状体であって、簡易な形状であるため、製造が容易である。
また、１つのトルクカム１４（１５）を構成する２つのトルクカム片１６、１７（１８、１９）は、軸方向端部が係合しており、２つのトルクカム片同士の接触面積が大きいため、トルクカム片１６、１７（１８、１９）に局所的に大きな力が作用することがなく、変形や破損が生じにくい。そのため、２つのプーリ片１２、１３の離接を長期間にわたってスムーズに行うことができる。
【００５１】
また、固定トルクカム片１６（１８）の切欠け部１６ａ（１８ａ）の縁部の螺旋方向の角度にもよるが、捩りコイルスプリング２０（２１）は、プーリ片１２（１３）を軸方向に同じ距離だけ移動させる引張コイルスプリングよりも、コイルの巻き数を少なくできるため、軸方向長さを短くできる。そのため、車輪用プーリ１０を小形化することができる。
【００５２】
なお、本実施形態のトルクカム１４は、固定トルクカム片１６に切欠け部１６ａを形成し、可動トルクカム片１７に突起部１７ａを設けたが、逆に、固定トルクカム片１６に突起部を形成し、可動トルクカム片１７に切欠け部を形成してもよい。トルクカム１５についても同様である。
【００５３】
また、１つのトルクカム１４、１５に設けられる切欠け部１６ａ、１８ａ（突起部１７ａ、１９ａ）の数は、３つに限定されるものではない。但し、切欠け部１６ａが２つ以下の場合、可動トルクカム片１７を切欠け部１６ａに沿って安定して摺動させるが困難となるため、３つ以上が好ましい。
【００５４】
また、切欠け部１６ａ、１８ａの形状は、矢印Ａ方向に向かうにつれて、車輪用プーリ１０の軸方向中心に近づく螺旋方向の縁部を有する形状であれば、図４及び図５に示す形状に限定されるものではない。切欠け部１６ａ、１８ａの螺旋方向に延びる縁部の、軸方向に対する傾斜角度を変えることにより、回転速度比を変化させる速さを変えることができる。
【００５５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。但し、前記第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。本実施形態の自転車用駆動装置は、車輪用プーリ（変速プーリ）の構成が、第１実施形態と異なるものの、その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００５６】
図８に示すように、本実施形態の車輪用プーリ１１０は、ハブ１１と、２つのプーリ片１１２、１１３と、２つのトルクカム１１４、１１５と、２つの捩りコイルスプリング（付勢手段）２０、２１と、２つのスプリングカバー２２、２３とを備えている。
【００５７】
２つのプーリ片１１２、１１３は、それぞれ円錐状の環状部材からなり、後述するトルクカム片１１７、１１９を介してハブ１１に軸方向及び周方向に移動可能に取り付けられている。
【００５８】
２つのトルクカム１１４、１１５は、プーリ片１１２、１１３の軸方向両側に配置されており、図８中の左右方向に対称に形成されている。
【００５９】
トルクカム１１４は、径方向に並んで配置された筒状の固定トルクカム片１１６と可動トルクカム片１１７とから構成されている。可動トルクカム片１１７は、固定トルクカム片１１６の内側に配置されている。固定トルクカム片１１６は、ハブ１１の外周部に固定されている。可動トルクカム片１１７は、ハブ１１の外周部に軸方向及び周方向に摺動可能に取り付けられている。可動トルクカム片１１７の外周部には、プーリ片１１２が固定されている。これにより、プーリ片１１２は、ハブ１１に対して、軸方向及び周方向に移動可能となっている。
【００６０】
固定トルクカム片１１６には、螺旋方向に延びる複数のカム溝１１６ａが周方向に並んで形成されている。この螺旋方向は、矢印Ａ方向に向かうにつれて、車輪用プーリ１１０の軸方向中心に近づく方向である。可動トルクカム片１１７の外周面には、径方向に突出する複数のカムピン１１７ａが、周方向に並んで形成されている。カムピン１１７ａは、カム溝１１６ａ内に挿通され、カム溝１１６ａに沿って移動可能となっている。このカム溝１１６ａとカムピン１１７ａによって、２つのトルクカム片１１６、１１７は、螺旋方向に移動可能に係合している。
【００６１】
固定トルクカム片１１６と可動トルクカム片１１７とが係合していることにより、プーリ片１２の回転力をトルクカム１４を介してハブ１１に伝達可能となっている。
また、可動トルクカム片１１７と固定トルクカム片１１６とは螺旋方向に移動可能に係合しているため、プーリ片１１２がハブ１１に対して矢印Ａ方向に相対回転すると、この回転力の一部はトルクカム１１４により軸方向の力に変換され、プーリ片１１２はプーリ片１１３に近接する方向に移動する。
【００６２】
また、トルクカム１１５は、固定トルクカム片１１８と可動トルクカム片１１９とから構成されている。トルクカム１１５は、トルクカム１１４と図８中の左右方向に対称に形成されているため、トルクカム１１５の説明は省略する。
【００６３】
この車輪用プーリ１１０では、ベルト７の引張力が小さい場合、捩りコイルスプリング２０、２１の付勢力によって、プーリ片１１２、１１３は離間する。そのため、車輪用プーリ１１０におけるベルト７の巻き掛け径は小さくなる。
【００６４】
ベルト７の引張力が大きい場合、プーリ片１１２、１１３は、ベルト７の引張力によってハブ１１に対して相対的に回転する。この回転力の一部がトルクカム１１４、１１５によって軸方向の力に変換されることにより、図８に示すように、プーリ片１１２、１１３は、捩りコイルスプリング２０、２１の付勢力に抗して近接する。そのため、車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径は大きくなる。
【００６５】
このように車輪用プーリ１１０は、２つのプーリ片１１２、１１３の離間距離を変化させる際、２つのプーリ片１１２、１３を共にハブ１１に対して相対的に回転させているため、従来のように２つのプーリ片の一方のみを回転させる場合に比べて、２つのプーリ片１１２、１１３の離間距離をスムーズに変化させることができる。従って、本実施形態の自転車用駆動装置は、駆動プーリ６と車輪用プーリ１１０との回転速度比をスムーズに変化させることができる。
【００６６】
また、カムピン１１７ａ（１１９ａ）はカム溝１１６ａ（１１８ａ）内に挿入され、カム溝１１６ａ（１１８ａ）内おいてのみ移動可能となっているため、２つのトルクカム片１１６、１１７（１１８、１１９）は、係合状態が外れることがなく、係合状態を常に維持できる。そのため、２つのプーリ片１１２、１１３の離接を安定して行うことができる。
【００６７】
なお、本実施形態のトルクカム１１４は、固定トルクカム片１１６にカム溝１１６ａを形成し、可動トルクカム片１１７にカムピン１１７ａを設けたが、逆に、固定トルクカム片１１６にカムピンを設けて、可動トルクカム片１１７にカム溝を形成してもよい。
【００６８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。但し、前記第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。本実施形態の自転車用駆動装置は、車輪用プーリ（変速プーリ）の構成が、第１実施形態と異なるものの、その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００６９】
図９に示すように、本実施形態の車輪用プーリ２１０は、ハブ１１と、２つのプーリ片１１２、１１３と、２つのトルクカム１１４、１１５とから構成されている。車輪用プーリ２１０は、２つの捩りコイルスプリング２０、２１と、２つのスプリングカバー２２、２３を設けない点以外は、前記第２実施形態の車輪用プーリ１１０と同様の構成を有する。
【００７０】
この車輪用プーリ１０では、ベルト７の引張力が小さい場合、プーリ片１１２、１１３のハブ１１に対する相対回転力が小さくなり、ベルト７の押圧力（即ち、ベルト７が可動プーリ片と固定プーリ片との間を押し広げる力）によって、プーリ片１２、１３は離間する。そのため、本実施形態の車輪用プーリ２１０は、２つのプーリ片１１２、１１３を離間させる付勢手段を設けていなくても、２つのプーリ片１１２、１１３を離間させることができる。
【００７１】
このとき、トルクカム１１４、１１５は、カム溝１１６ａ、１１８ａ内にカムピン１１７ａ、１１９ａが挿通されて係合しており、第１実施形態のトルクカム１４、１５のように係合状態が外れることがないため、上述したような付勢手段によらない２つのプーリ片の離間移動を確実に行うことができる。
【００７２】
一方、ベルト７の引張力が大きい場合、、プーリ片１１２、１１３は、ベルト７の引張力によってハブ１１に対して相対的に回転する。この回転力の一部がトルクカム１１４、１１５によって軸方向の力に変換されることにより、図９に示すように、プーリ片１１２、１１３は近接する。
【００７３】
本実施形態の車輪用プーリ２１０では、２つのプーリ片１１２、１１３を離間させる付勢手段を設けていないため、車輪用プーリ２１０の部品点数が少なくなり、製造コストを低減できる。また、車輪用プーリ２１０を小形化することができる。
【００７４】
以上、本発明の好適な実施形態として、第１〜第３実施形態を説明したが、上記の実施形態は以下のように変更して実施することができる。
【００７５】
１]前記第１〜第３実施形態では、駆動プーリ６は、ベルト７の巻き掛け径が一定のプーリが用いられているが、ベルト７の巻き掛け径が可変なプーリを用いてもよい。
【００７６】
２]ハブ１１に固定される固定トルクカム片と、プーリ片に固定される可動トルクカム片は、螺旋方向に移動可能に係合可能であればよく、前記第１〜第３実施形態で述べた形状に限定されない。
【００７７】
３]第１〜第３実施形態では、２つのプーリ片１２、１３（１１２、１１３）が離間する方向にプーリ片を付勢する付勢手段として、捩りコイルスプリングが用いられているが、付勢手段はこれに限定されるものではない。例えば、引張コイルスプリングであってもよく、板バネであってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１ 自転車
２ フレーム
３ ペダル
３ａ 回転軸
４ 車輪
４ａ 回転軸
５ 自転車用駆動装置
６ 駆動プーリ
７ ベルト
１０ 車輪用プーリ（変速プーリ）
１１ ハブ
１２、１３ プーリ片
１４、１５ トルクカム
１６、１８ 固定トルクカム片
１６ａ、１８ａ 切欠け部
１７、１９ 可動トルクカム片
１７ａ、１９ａ 突起部
２０、２１ 捩りコイルスプリング（付勢手段）
２２、２３ スプリングカバー
３０ 緩み側張力調整手段
３１ Ｌ字型アーム
３２ テンションプーリ
３３ テンションスプリング
１１０、２１０ 車輪用プーリ（変速プーリ）
１１２、１１３ プーリ片
１１４、１１５ トルクカム
１１６、１１８ 固定トルクカム片
１１６ａ、１１８ａ カム溝
１１７、１１９ 可動トルクカム片
１１７ａ、１１９ａ カムピン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速プーリおよびこれを用いた自転車用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転速度比を変えて回転動力を伝達するために、ベルトの巻き掛け径を変化させる変速プーリが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されている変速プーリは、回転軸に固定された筒状のハブと、ハブに固定された固定プーリ片と、ハブに摺動可能に取り付けられ、固定プーリ片との間に、断面Ｖ字状のベルトを挟持する可動プーリ片と、トルクカムと、可動プーリ片を固定プーリ片側へ付勢する圧縮コイルスプリングとを備えている。トルクカムは、螺旋方向に延びるカム溝が形成され、可動プーリ片に固定された筒状体と、ハブに突設され、カム溝内に挿入されるカムピンとから構成されている。ベルトから力を受けて可動プーリがハブに対して相対的に回転すると、この回転力の一部はトルクカムによって軸方向の力に変換されて、可動プーリ片は固定プーリに近接する方向に軸方向移動するようになっている。
【０００４】
この変速プーリでは、可動プーリ片には、ベルトによる可動プーリ片と固定プーリ片との間を押し広げる方向の力と、圧縮コイルスプリングの付勢力と、トルクカムにより生じた固定プーリ片に近接する方向の力とが作用している。可動プーリ片に作用するこれらの力の大きさを変化させることによって、可動プーリ片を固定プーリ片に対して近接・離間させて、ベルトの巻き掛け径を変化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平３−１１４４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の変速プーリでは、固定プーリ片はハブに固定されており、可動プーリ片のみを移動させることによって、２つのプーリ片の離間距離を変化させているため、２つのプーリ片の離間距離をスムーズに変化させることが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、２つのプーリ片の離間距離をスムーズに変化させることのできる変速プーリ、及びこの変速プーリを用いた自転車用駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
本発明の変速プーリは、回転軸に連結される筒状のハブと、それぞれが前記ハブの外周部に軸方向及び周方向に摺動可能に設けられるとともに、互いに対向する面の間に、断面Ｖ字状のベルトを挟持するためのＶ溝を形成する２つのプーリ片と、螺旋方向に移動可能に係合するとともに、前記ハブと前記プーリ片とにそれぞれ固定される２つのトルクカム片からなるトルクカムであって、前記２つのプーリ片にそれぞれ設けられている２つのトルクカムと、前記２つのプーリ片が離間する方向に前記プーリ片を付勢する付勢手段であって、前記２つのプーリ片にそれぞれ設けられている２つの付勢手段とを備えることを特徴とする（第１の発明）。
【０００９】
２つのプーリ片は、２つのトルクカムによってハブと連結されており、２つのプーリ片の回転力はトルクカムを介してハブに伝達される。ベルトの引張力が小さい場合には、２つの付勢手段の付勢力によって、２つのプーリ片は離間し、変速プーリにおけるベルトの巻き掛け径は小さくなる。このとき、プーリ片は、トルクカムによって案内されて螺旋方向に移動する。一方、ベルトの引張力が大きくなると、各プーリ片は、ベルトから受ける力によってハブに対して相対的に回転する。この回転力の一部がトルクカムによって軸方向の力に変換されることにより、２つのプーリ片は近接し、車輪用プーリにおけるベルトの巻き掛け径が大きくなる。
【００１０】
２つのプーリ片の離間距離を変化させる際、２つのプーリ片を共にハブに対して相対的に回転させるため、従来のように２つのプーリ片の一方のみを回転させる場合に比べて、スムーズに変化させることができる。
【００１１】
第２の発明の変速プーリは、前記第１の発明において、前記２つのトルクカム片は、軸方向に並べて配置された２つの筒状体であって、前記２つの筒状体のうちの一方の軸方向端部には、螺旋方向に延びる縁部を有する切欠け部が形成され、他方の軸方向端部には、軸方向に突出し、前記切欠け部に対して螺旋方向に摺動可能に係合する突起部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、トルクカム片は、端部に突起部又は切欠け部が形成された筒状体であって、簡易な形状であるため、製造が容易である。
また、１つのトルクカムを構成する２つのトルクカム片は、軸方向端部が係合しており、２つのトルクカム片同士の接触面積が大きいため、トルクカム片に局所的に大きな力が作用することがなく、変形や破損が生じにくい。そのため、２つのプーリ片の離接を長期間にわたってスムーズに行うことができる。
【００１３】
第３の発明の変速プーリは、前記第１の発明において、前記２つのトルクカム片の一方が、螺旋方向に延びるカム溝が形成された筒状体であって、他方は、前記カム溝内に挿入され、前記カム溝に沿って移動可能なカムピンを有していることを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、カムピンはカム溝内に挿入され、カム溝内においてのみ移動可能となっているため、２つのトルクカム片は、係合状態が外れることがなく、係合状態を常に維持できる。そのため、２つのプーリ片の離接を安定して行うことができる。
【００１５】
第４の発明の変速プーリは、前記第２又は第３の発明において、前記付勢手段が、前記プーリ片を前記ハブに対して回動付勢する捩りコイルスプリングであることを特徴とする。
【００１６】
プーリ片に作用する捩りコイルスプリングの周方向の付勢力は、このプーリ片とハブとにそれぞれ固定された２つのトルクカム片によって軸方向の力に変換され、これにより、プーリ片は、軸方向に関して２つのプーリ片が離間する方向に付勢される。
トルクカム片の切欠け部又はカム溝の螺旋方向の角度にもよるが、捩りコイルスプリングは、プーリ片を軸方向に同じ距離だけ移動させる引張コイルスプリングよりも、コイルの巻き数を少なくできるため、軸方向長さを短くできる。そのため、変速プーリを小形化することができる。
【００１７】
第５の発明の変速プーリは、前記第３の発明において、前記２つの付勢手段を備えていないことを特徴とする。
【００１８】
ベルトの引張力が小さい場合、プーリ片のハブに対する相対回転力が小さくなり、ベルトの押圧力によって、２つのプーリ片は離間する。そのため、２つのプーリ片を離間させる付勢手段を設けていなくても、２つのプーリ片を離間させることができる。このとき、トルクカムは、カム溝にカムピンが挿通されて係合しており、係合状態が外れることがないため、上述したような付勢手段によらない２つのプーリ片の離間移動を確実に行うことができる。
この構成によると、付勢手段を設けないため、変速プーリの部品点数が少なくなり、製造コストを低減できるとともに、変速プーリを小形化することができる。
【００１９】
本発明の自転車用駆動装置は、自転車のペダルの回転軸に連結される駆動プーリと、自転車の車輪の回転軸に連結される車輪用プーリと、前記駆動プーリと前記車輪用プーリとにわたって懸架されるベルトと、前記ベルトの緩み側部分に接触するテンションプーリと、このテンションプーリを前記ベルトの緩み側部分に押し付ける押圧手段とを備え、前記緩み側部分の張力を一定に維持する緩み側張力維持手段とを備える自転車用駆動装置であって、前記車輪用プーリとして、前記第１〜第５の何れかの発明の変速プーリを用いることを特徴とする。
【００２０】
この自転車用駆動装置では、ベルトの引張力に応じて車輪用プーリにおけるベルトの巻き掛け径を変化させることにより、駆動プーリと車輪用プーリとの回転速度比を変化させながら、駆動プーリの回転を車輪用プーリに伝達する。
また、変速プーリにおけるベルトの巻き掛け径が小さくなる際、ベルトの緩み側部分の張力が小さくなるが、このとき、ベルト緩み側張力維持手段の押圧手段によって、テンションプーリがベルトの緩み側部分に押し付けられるため、ベルトの緩み側部分の張力を一定に維持することができる。
また、車輪用プーリは、２つのプーリ片の離間距離をスムーズに変化させることができるため、自転車用駆動装置は、駆動プーリと車輪用プーリとの回転速度比をスムーズに変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態の自転車用駆動装置が適用された自転車の部分側面図であって、車輪用プーリ（変速プーリ）におけるベルトの巻き掛け径が最大の状態を示す図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１のIII‐III線断面図である。
【図４】第１実施形態の車輪用プーリの分解斜視図である。
【図５】図４中のトルクカム片の拡大図である。
【図６】車輪用プーリにおけるベルトの巻き掛け径が最小の状態を示す図であって、図１に相当する図である。
【図７】図６のＶII‐ＶII線断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の自転車用駆動装置に用いられる車輪用プーリの断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態の自転車用駆動装置に用いられる車輪用プーリの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。
本実施形態の自転車用駆動装置５は、自転車１に適用されている。図１及び図２に示すように、自転車１は、フレーム２と、ペダル３と、車輪（後輪）４と、ペダル３の回転を車輪４に伝達する自転車用駆動装置５とを備えている。ペダル３の回転軸３ａ（図２参照）と、車輪４の回転軸４ａ（図２参照）は、それぞれフレーム２に回転自在に取り付けられている。
【００２３】
自転車用駆動装置５は、ペダル３の回転軸３ａに連結された駆動プーリ６と、車輪４の回転軸４ａに連結された車輪用プーリ（変速プーリ）１０と、駆動プーリ６と車輪用プーリ１０とにわたって巻き掛けられたベルト７と、緩み側張力維持手段３０とを備えている。
【００２４】
図３に示すように、ベルト７は、内周側の部分ほどその幅が狭くなった断面Ｖ字状のいわゆるＶベルトである。
【００２５】
図１及び図２に示すように、駆動プーリ６は、ペダル３の回転軸３ａに固定されており、ペダル３の回転に伴って、図１中の矢印の方向に回転する。
【００２６】
車輪用プーリ（変速プーリ）１０は、車輪４の回転軸４ａに取り付けられており、図１中の矢印Ａ方向に回転する。車輪用プーリ１０には、ベルト７の巻き掛け径が可変な変速プーリが用いられている。図３及び図４に示すように、車輪用プーリ１０は、ハブ１１と、２つのプーリ片１２、１３と、２つのトルクカム１４、１５と、２つの捩りコイルスプリング（付勢手段）２０、２１と、２つのスプリングカバー２２、２３とを備えている。
なお、図３及び図４に示した矢印Ａは、図１の矢印Ａと同じく、車輪用プーリ１０の回転方向である。
【００２７】
ハブ１１は、不図示のワンウェイクラッチを介して回転軸４ａに連結されている。ワンウェイクラッチによって、ハブ１１の矢印Ａ方向の回転のみが、車輪４の回転軸４ａに伝達され、逆方向の回転は回転軸４ａに伝達されないようになっている。
【００２８】
図３及び図４に示すように、プーリ片１２、１３は、短筒状の部材に、円錐状の環状部材が取り付けれられた形状に形成されている。プーリ片１２、１３は、ハブ１１の外周面に軸方向及び周方向ともに摺動可能に取り付けられている。プーリ片１２、１３の対向する面の間にはＶ溝が形成されており、このＶ溝にベルト７が挟持される。プーリ片１２、１３を軸方向に離接させることにより、Ｖ溝の溝幅を変化させて、ベルト７の巻き掛け径を変化させるようになっている。
【００２９】
図３に示すように、２つのトルクカム１４、１５は、プーリ片１２、１３の軸方向両側に配置されており、図３中の左右方向に対称に形成されている。
【００３０】
図５に示すように、トルクカム１４は、軸方向に並んだ略筒状の固定トルクカム片１６と可動トルクカム片１７とから構成されている。固定トルクカム片１６は、ハブ１１の外周部に固定され、可動トルクカム片１７は、プーリ片１２に固定されている。
【００３１】
固定トルクカム片１６の軸方向一端部には、３つの切欠け部１６ａが周方向に並んで形成されている。切欠け部１６ａは、螺旋方向に延びる縁部と、軸方向に平行に延びる縁部とを有している。この螺旋方向は、矢印Ａ方向に向かうにつれて、車輪用プーリ１０の軸方向中心に近づく方向である。可動トルクカム片１７の軸方向一端部には、軸方向に突出する３つの突起部１７ａが周方向に並んで形成されている。突起部１７ａは、切欠け部１６ａに係合する形状に形成されている。突起部１７ａは、切欠け部１６ａの螺旋方向に延びる縁部に沿って摺動可能であり、これにより、可動トルクカム片１７は、固定トルクカム片１６に対して螺旋方向に移動可能に係合している。
【００３２】
固定トルクカム片１６と可動トルクカム片１７とが係合していることにより、プーリ片１２の回転力をトルクカム１４を介してハブ１１に伝達可能となっている。
また、可動トルクカム片１７と固定トルクカム片１６とは螺旋方向に移動可能に係合しているため、プーリ片１２がハブ１１に対して矢印Ａ方向に相対回転すると、この回転力の一部はトルクカム１４により軸方向の力に変換され、プーリ片１２はプーリ片１３に近接する方向に移動する。
【００３３】
また、トルクカム１５は、固定トルクカム片１８と可動トルクカム片１９とから構成されている。トルクカム１５は、トルクカム１４と図３中の左右方向に対称に形成されているため、トルクカム１５の説明は省略する。
【００３４】
図３及び図４に示すように、２つのスプリングカバー２２、２３は、図３中の左右方向に対称に形成されている。スプリングカバー２２、２３は、筒部２２ａ、２３ａと、この筒部２２ａ、２３ａの一端から径方向内周側に延在する環状の側壁部２２ｂ、２３ｂとを有している。スプリングカバー２２、２３の側壁部２２ｂ、２３ｂは、不図示の連結部材によって、固定トルクカム片１６、１８にそれぞれ固定されている。
【００３５】
２つの捩りコイルスプリング（付勢手段）２０、２１は、図３中の左右方向に対称に形成されている。以下、捩りコイルスプリング２０について説明し、捩りコイルスプリング２１の説明は省略する。
【００３６】
捩りコイルスプリング２０は、スプリングカバー２２の筒部２２ａの内周面と、トルクカム１４の外周面との間の空間に配置されている。捩りコイルスプリング２０は、周方向に引っ張られた状態で、その一端部が径方向外側に折り曲げられて、不図示の固定具によりプーリ片１２に固定されており、また、他端部は径方向内側に折り曲げられて（図４参照）、不図示の固定具により固定トルクカム片１６に固定されている。これにより、プーリ片１２及びこのプーリ片１２に固定されている可動トルクカム片１７は、捩りコイルスプリング２０によって、固定トルクカム片１６に対して（ハブ１１に対して）、矢印Ａ方向と反対方向に付勢されている。この周方向の付勢力は、固定トルクカム片１６と可動トルクカム片１７によって軸方向の力に変換され、これにより、プーリ片１２は、捩りコイルスプリング２０によって、軸方向に関して２つのプーリ片１２、１３が離間する方向に付勢される。
【００３７】
この車輪用プーリ１０では、ベルト７の引張力（詳細には、ベルト７のプーリ片１２、１３に挟持されている部分の回転力）が小さい場合、図６及び図７に示すように、捩りコイルスプリング２０、２１の付勢力によって、プーリ片１２、１３は回転しつつ離間する。そのため、車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径は小さくなる。
【００３８】
ベルト７の引張力が大きい場合、プーリ片１２、１３は、ベルト７の引張力によってハブ１１に対して相対的に回転する。この回転力の一部がトルクカム１４、１５によって軸方向の力に変換されることにより、図１及び図３に示すように、プーリ片１２、１３は、捩りコイルスプリング２０、２１の付勢力に抗して近接する。そのため、車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径は大きくなる。
【００３９】
図１に示すように、緩み側張力維持手段３０は、Ｌ字型アーム３１と、テンションプーリ３２と、テンションスプリング（押圧手段）３３とから構成されている。緩み側張力維持手段３０は、ベルト７の緩み側部分の張力を一定に保つためのものである。なお、ベルト７の緩み側部分とは、駆動プーリ６の回転によってベルト７が緩む側、即ち、駆動プーリ６よりもベルト走行方向に関して下流側の部分のことである。なお、図２では、テンションプーリ３２と、テンションスプリング３３の表示を省略している。
【００４０】
Ｌ字型アーム３１は、その中心部（折れ曲がり部）が、ペダル３の回転軸３ａに揺動可能に取り付けられている。
テンションプーリ３２は、Ｌ字型アーム３１の一方の先端部に回転自在に取り付けられている。テンションプーリ３２は、ベルト７の緩み側部分の内周面に接触している。
テンションスプリング３３は、Ｌ字型アーム３１の他方の先端部とフレーム２との間に引張状態で取り付けられており、テンションプーリ３２をベルト７の緩み側部分に押し付ける方向に付勢している。
【００４１】
この緩み側張力維持手段３０では、ベルト７の緩み側部分の張力が小さくなると、テンションスプリング３３の付勢力により、テンションプーリ３２は、ペダル３の回転軸３ａの軸心を中心にして揺動して、ベルト７の緩み側部分を外周側に押し広げる方向に押圧する。これにより、ベルト７の緩み側部分の張力が大きくなる。そのため、ベルト７の緩み側部分の張力を一定に維持することができる。
【００４２】
次に、自転車用駆動装置５の動作について説明する。
【００４３】
自転車用駆動装置５は、駆動プーリ６の回転をベルト７と車輪用プーリ１０を介して車輪４に伝達しており、その際、ベルト７の引張力に応じて車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径を変化させることにより、駆動プーリ６と車輪用プーリ１０との回転速度比（変速比）を変化させている。以下、具体的に説明する。
【００４４】
自転車１が下り坂や平坦路を走行している場合には、ベルト７の車輪用プーリ１０に懸架されている部分の引張力は小さいため、図６及び図７に示すように、２つのプーリ片１２、１３は、捩りコイルスプリング２０、２１の付勢力によって離間しており、車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径は小さくなっている。
【００４５】
従って、下り坂や平坦路の走行時には、駆動プーリ６の回転量に対する車輪用プーリ１０の回転量が大きいため、ペダル３の回転量を軽減することができる。
【００４６】
一方、自転車１が登り坂を走行している場合には、ベルト７の車輪用プーリ１０に懸架されている部分の引張力は大きいため、図１及び図３に示すように、プーリ片１２、１３は、ベルト７の引張力によって、捩りコイルスプリング２０、２１の付勢力に抗して近接しており、車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径は大きくなっている。
【００４７】
従って、駆動プーリ６の回転量に対する車輪用プーリ１０の回転量は小さい。登り坂走行時には、車輪４の走行抵抗が大きいため、ペダル３を回転させるためには大きな力が必要となるが、上述したように、駆動プーリ６の回転量に対する車輪用プーリ１０の回転量が小さいため、ペダル３を回転させるために必要な力を軽減することができる。
【００４８】
また、車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径が小さくなった際、ベルト７の緩み側部分の張力が小さくなる。このとき、テンションスプリング３３の付勢力により、テンションプーリ３２がベルト７の緩み側部分に押し付けられるため、ベルト７の緩み側部分の張力を一定に維持することができる。
【００４９】
上述したように、車輪用プーリ１０は、２つのプーリ片１２、１３の離間距離を変化させる際、２つのプーリ片１２、１３を共にハブ１１に対して相対的に回転させているため、従来のように２つのプーリ片の一方のみを回転させる場合に比べて、２つのプーリ片１２、１３の離間距離をスムーズに変化させることができる。従って、自転車用駆動装置５は、駆動プーリ６と車輪用プーリ１０との回転速度比をスムーズに変化させることができる。
【００５０】
また、トルクカム片１６、１７、１８、１９は、端部に切欠け部又は突起部が形成された筒状体であって、簡易な形状であるため、製造が容易である。
また、１つのトルクカム１４（１５）を構成する２つのトルクカム片１６、１７（１８、１９）は、軸方向端部が係合しており、２つのトルクカム片同士の接触面積が大きいため、トルクカム片１６、１７（１８、１９）に局所的に大きな力が作用することがなく、変形や破損が生じにくい。そのため、２つのプーリ片１２、１３の離接を長期間にわたってスムーズに行うことができる。
【００５１】
また、固定トルクカム片１６（１８）の切欠け部１６ａ（１８ａ）の縁部の螺旋方向の角度にもよるが、捩りコイルスプリング２０（２１）は、プーリ片１２（１３）を軸方向に同じ距離だけ移動させる引張コイルスプリングよりも、コイルの巻き数を少なくできるため、軸方向長さを短くできる。そのため、車輪用プーリ１０を小形化することができる。
【００５２】
なお、本実施形態のトルクカム１４は、固定トルクカム片１６に切欠け部１６ａを形成し、可動トルクカム片１７に突起部１７ａを設けたが、逆に、固定トルクカム片１６に突起部を形成し、可動トルクカム片１７に切欠け部を形成してもよい。トルクカム１５についても同様である。
【００５３】
また、１つのトルクカム１４、１５に設けられる切欠け部１６ａ、１８ａ（突起部１７ａ、１９ａ）の数は、３つに限定されるものではない。但し、切欠け部１６ａが２つ以下の場合、可動トルクカム片１７を切欠け部１６ａに沿って安定して摺動させるが困難となるため、３つ以上が好ましい。
【００５４】
また、切欠け部１６ａ、１８ａの形状は、矢印Ａ方向に向かうにつれて、車輪用プーリ１０の軸方向中心に近づく螺旋方向の縁部を有する形状であれば、図４及び図５に示す形状に限定されるものではない。切欠け部１６ａ、１８ａの螺旋方向に延びる縁部の、軸方向に対する傾斜角度を変えることにより、回転速度比を変化させる速さを変えることができる。
【００５５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。但し、前記第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。本実施形態の自転車用駆動装置は、車輪用プーリ（変速プーリ）の構成が、第１実施形態と異なるものの、その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００５６】
図８に示すように、本実施形態の車輪用プーリ１１０は、ハブ１１と、２つのプーリ片１１２、１１３と、２つのトルクカム１１４、１１５と、２つの捩りコイルスプリング（付勢手段）２０、２１と、２つのスプリングカバー２２、２３とを備えている。
【００５７】
２つのプーリ片１１２、１１３は、それぞれ円錐状の環状部材からなり、後述するトルクカム片１１７、１１９を介してハブ１１に軸方向及び周方向に移動可能に取り付けられている。
【００５８】
２つのトルクカム１１４、１１５は、プーリ片１１２、１１３の軸方向両側に配置されており、図８中の左右方向に対称に形成されている。
【００５９】
トルクカム１１４は、径方向に並んで配置された筒状の固定トルクカム片１１６と可動トルクカム片１１７とから構成されている。可動トルクカム片１１７は、固定トルクカム片１１６の内側に配置されている。固定トルクカム片１１６は、ハブ１１の外周部に固定されている。可動トルクカム片１１７は、ハブ１１の外周部に軸方向及び周方向に摺動可能に取り付けられている。可動トルクカム片１１７の外周部には、プーリ片１１２が固定されている。これにより、プーリ片１１２は、ハブ１１に対して、軸方向及び周方向に移動可能となっている。
【００６０】
固定トルクカム片１１６には、螺旋方向に延びる複数のカム溝１１６ａが周方向に並んで形成されている。この螺旋方向は、矢印Ａ方向に向かうにつれて、車輪用プーリ１１０の軸方向中心に近づく方向である。可動トルクカム片１１７の外周面には、径方向に突出する複数のカムピン１１７ａが、周方向に並んで形成されている。カムピン１１７ａは、カム溝１１６ａ内に挿通され、カム溝１１６ａに沿って移動可能となっている。このカム溝１１６ａとカムピン１１７ａによって、２つのトルクカム片１１６、１１７は、螺旋方向に移動可能に係合している。
【００６１】
固定トルクカム片１１６と可動トルクカム片１１７とが係合していることにより、プーリ片１２の回転力をトルクカム１４を介してハブ１１に伝達可能となっている。
また、可動トルクカム片１１７と固定トルクカム片１１６とは螺旋方向に移動可能に係合しているため、プーリ片１１２がハブ１１に対して矢印Ａ方向に相対回転すると、この回転力の一部はトルクカム１１４により軸方向の力に変換され、プーリ片１１２はプーリ片１１３に近接する方向に移動する。
【００６２】
また、トルクカム１１５は、固定トルクカム片１１８と可動トルクカム片１１９とから構成されている。トルクカム１１５は、トルクカム１１４と図８中の左右方向に対称に形成されているため、トルクカム１１５の説明は省略する。
【００６３】
この車輪用プーリ１１０では、ベルト７の引張力が小さい場合、捩りコイルスプリング２０、２１の付勢力によって、プーリ片１１２、１１３は離間する。そのため、車輪用プーリ１１０におけるベルト７の巻き掛け径は小さくなる。
【００６４】
ベルト７の引張力が大きい場合、プーリ片１１２、１１３は、ベルト７の引張力によってハブ１１に対して相対的に回転する。この回転力の一部がトルクカム１１４、１１５によって軸方向の力に変換されることにより、図８に示すように、プーリ片１１２、１１３は、捩りコイルスプリング２０、２１の付勢力に抗して近接する。そのため、車輪用プーリ１０におけるベルト７の巻き掛け径は大きくなる。
【００６５】
このように車輪用プーリ１１０は、２つのプーリ片１１２、１１３の離間距離を変化させる際、２つのプーリ片１１２、１３を共にハブ１１に対して相対的に回転させているため、従来のように２つのプーリ片の一方のみを回転させる場合に比べて、２つのプーリ片１１２、１１３の離間距離をスムーズに変化させることができる。従って、本実施形態の自転車用駆動装置は、駆動プーリ６と車輪用プーリ１１０との回転速度比をスムーズに変化させることができる。
【００６６】
また、カムピン１１７ａ（１１９ａ）はカム溝１１６ａ（１１８ａ）内に挿入され、カム溝１１６ａ（１１８ａ）内おいてのみ移動可能となっているため、２つのトルクカム片１１６、１１７（１１８、１１９）は、係合状態が外れることがなく、係合状態を常に維持できる。そのため、２つのプーリ片１１２、１１３の離接を安定して行うことができる。
【００６７】
なお、本実施形態のトルクカム１１４は、固定トルクカム片１１６にカム溝１１６ａを形成し、可動トルクカム片１１７にカムピン１１７ａを設けたが、逆に、固定トルクカム片１１６にカムピンを設けて、可動トルクカム片１１７にカム溝を形成してもよい。
【００６８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。但し、前記第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。本実施形態の自転車用駆動装置は、車輪用プーリ（変速プーリ）の構成が、第１実施形態と異なるものの、その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００６９】
図９に示すように、本実施形態の車輪用プーリ２１０は、ハブ１１と、２つのプーリ片１１２、１１３と、２つのトルクカム１１４、１１５とから構成されている。車輪用プーリ２１０は、２つの捩りコイルスプリング２０、２１と、２つのスプリングカバー２２、２３を設けない点以外は、前記第２実施形態の車輪用プーリ１１０と同様の構成を有する。
【００７０】
この車輪用プーリ１０では、ベルト７の引張力が小さい場合、プーリ片１１２、１１３のハブ１１に対する相対回転力が小さくなり、ベルト７の押圧力（即ち、ベルト７が可動プーリ片と固定プーリ片との間を押し広げる力）によって、プーリ片１２、１３は離間する。そのため、本実施形態の車輪用プーリ２１０は、２つのプーリ片１１２、１１３を離間させる付勢手段を設けていなくても、２つのプーリ片１１２、１１３を離間させることができる。
【００７１】
このとき、トルクカム１１４、１１５は、カム溝１１６ａ、１１８ａ内にカムピン１１７ａ、１１９ａが挿通されて係合しており、第１実施形態のトルクカム１４、１５のように係合状態が外れることがないため、上述したような付勢手段によらない２つのプーリ片の離間移動を確実に行うことができる。
【００７２】
一方、ベルト７の引張力が大きい場合、、プーリ片１１２、１１３は、ベルト７の引張力によってハブ１１に対して相対的に回転する。この回転力の一部がトルクカム１１４、１１５によって軸方向の力に変換されることにより、図９に示すように、プーリ片１１２、１１３は近接する。
【００７３】
本実施形態の車輪用プーリ２１０では、２つのプーリ片１１２、１１３を離間させる付勢手段を設けていないため、車輪用プーリ２１０の部品点数が少なくなり、製造コストを低減できる。また、車輪用プーリ２１０を小形化することができる。
【００７４】
以上、本発明の好適な実施形態として、第１〜第３実施形態を説明したが、上記の実施形態は以下のように変更して実施することができる。
【００７５】
１]前記第１〜第３実施形態では、駆動プーリ６は、ベルト７の巻き掛け径が一定のプーリが用いられているが、ベルト７の巻き掛け径が可変なプーリを用いてもよい。
【００７６】
２]ハブ１１に固定される固定トルクカム片と、プーリ片に固定される可動トルクカム片は、螺旋方向に移動可能に係合可能であればよく、前記第１〜第３実施形態で述べた形状に限定されない。
【００７７】
３]第１〜第３実施形態では、２つのプーリ片１２、１３（１１２、１１３）が離間する方向にプーリ片を付勢する付勢手段として、捩りコイルスプリングが用いられているが、付勢手段はこれに限定されるものではない。例えば、引張コイルスプリングであってもよく、板バネであってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１ 自転車
２ フレーム
３ ペダル
３ａ 回転軸
４ 車輪
４ａ 回転軸
５ 自転車用駆動装置
６ 駆動プーリ
７ ベルト
１０ 車輪用プーリ（変速プーリ）
１１ ハブ
１２、１３ プーリ片
１４、１５ トルクカム
１６、１８ 固定トルクカム片
１６ａ、１８ａ 切欠け部
１７、１９ 可動トルクカム片
１７ａ、１９ａ 突起部
２０、２１ 捩りコイルスプリング（付勢手段）
２２、２３ スプリングカバー
３０ 緩み側張力調整手段
３１ Ｌ字型アーム
３２ テンションプーリ
３３ テンションスプリング
１１０、２１０ 車輪用プーリ（変速プーリ）
１１２、１１３ プーリ片
１１４、１１５ トルクカム
１１６、１１８ 固定トルクカム片
１１６ａ、１１８ａ カム溝
１１７、１１９ 可動トルクカム片
１１７ａ、１１９ａ カムピン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に連結される筒状のハブと、
それぞれが前記ハブの外周部に軸方向及び周方向に摺動可能に設けられるとともに、互いに対向する面の間に、断面Ｖ字状のベルトを挟持するためのＶ溝を形成する２つのプーリ片と、
螺旋方向に移動可能に係合するとともに、前記ハブと前記プーリ片とにそれぞれ固定される２つのトルクカム片からなるトルクカムであって、前記２つのプーリ片にそれぞれ設けられている２つのトルクカムと、
前記２つのプーリ片が離間する方向に前記プーリ片を付勢する付勢手段であって、前記２つのプーリ片にそれぞれ設けられている２つの付勢手段と
を備えることを特徴とする変速プーリ。
【請求項２】
前記２つのトルクカム片は、軸方向に並べて配置された２つの筒状体であって、
前記２つの筒状体のうちの一方の軸方向端部には、螺旋方向に延びる縁部を有する切欠け部が形成され、
他方の軸方向端部には、軸方向に突出し、前記切欠け部に対して螺旋方向に摺動可能に係合する突起部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の変速プーリ。
【請求項３】
前記２つのトルクカム片の一方が、螺旋方向に延びるカム溝が形成された筒状体であって、
他方は、前記カム溝内に挿入され、前記カム溝に沿って移動可能なカムピンを有していることを特徴とする請求項1に記載の変速プーリ。
【請求項４】
前記付勢手段が、前記プーリ片を前記ハブに対して回動付勢する捩りコイルスプリングであることを特徴とする請求項２又は３に記載の変速プーリ。
【請求項５】
前記２つの付勢手段を備えていないことを特徴とする請求項３に記載の変速プーリ。
【請求項６】
自転車のペダルの回転軸に連結される駆動プーリと、
自転車の車輪の回転軸に連結される車輪用プーリと、
前記駆動プーリと前記車輪用プーリとにわたって懸架されるベルトと、
前記ベルトの緩み側部分に接触するテンションプーリと、このテンションプーリを前記ベルトの緩み側部分に押し付ける押圧手段とを備え、前記緩み側部分の張力を一定に維持する緩み側張力維持手段と
を備える自転車用駆動装置であって、
前記車輪用プーリとして、請求項１〜５の何れかに記載の変速プーリを用いることを特徴とする自転車用駆動装置。
【請求項１】
回転軸に連結される筒状のハブと、
それぞれが前記ハブの外周部に軸方向及び周方向に摺動可能に設けられるとともに、互いに対向する面の間に、断面Ｖ字状のベルトを挟持するためのＶ溝を形成する２つのプーリ片と、
螺旋方向に移動可能に係合するとともに、前記ハブと前記プーリ片とにそれぞれ固定される２つのトルクカム片からなるトルクカムであって、前記２つのプーリ片にそれぞれ設けられている２つのトルクカムと、
前記２つのプーリ片が離間する方向に前記プーリ片を付勢する付勢手段であって、前記２つのプーリ片にそれぞれ設けられている２つの付勢手段と
を備えることを特徴とする変速プーリ。
【請求項２】
前記２つのトルクカム片は、軸方向に並べて配置された２つの筒状体であって、
前記２つの筒状体のうちの一方の軸方向端部には、螺旋方向に延びる縁部を有する切欠け部が形成され、
他方の軸方向端部には、軸方向に突出し、前記切欠け部に対して螺旋方向に摺動可能に係合する突起部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の変速プーリ。
【請求項３】
前記２つのトルクカム片の一方が、螺旋方向に延びるカム溝が形成された筒状体であって、
他方は、前記カム溝内に挿入され、前記カム溝に沿って移動可能なカムピンを有していることを特徴とする請求項1に記載の変速プーリ。
【請求項４】
前記付勢手段が、前記プーリ片を前記ハブに対して回動付勢する捩りコイルスプリングであることを特徴とする請求項２又は３に記載の変速プーリ。
【請求項５】
前記２つの付勢手段を備えていないことを特徴とする請求項３に記載の変速プーリ。
【請求項６】
自転車のペダルの回転軸に連結される駆動プーリと、
自転車の車輪の回転軸に連結される車輪用プーリと、
前記駆動プーリと前記車輪用プーリとにわたって懸架されるベルトと、
前記ベルトの緩み側部分に接触するテンションプーリと、このテンションプーリを前記ベルトの緩み側部分に押し付ける押圧手段とを備え、前記緩み側部分の張力を一定に維持する緩み側張力維持手段と
を備える自転車用駆動装置であって、
前記車輪用プーリとして、請求項１〜５の何れかに記載の変速プーリを用いることを特徴とする自転車用駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−７３４８８（Ｐ２０１１−７３４８８Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２４４９１（Ｐ２００９−２２４４９１）
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
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