自動変速装置
【課題】自転車の車輪の回転速度に応じて自動的に変速を行う。
【解決手段】自転車１においては、内周側ほどその幅が狭くなったベルト４が、ペダル２に接続されたクランクプーリ５、車輪３に接続された車輪用プーリ６、アイドラプーリ７及びテンションプーリ８に懸架されている。車輪用プーリ６は、車輪３の回転軸とともに回転する互いに対向して配置された２つのプーリ片１１、１２、移動可能なプーリ片１２を固定されたプーリ片１１に向かって付勢するバネ１３を有している。テンションプーリ８は支点１６ａを中心として揺動可能に構成されたアーム１６に接続されている。そして、アーム１６が反時計回りに揺動するほど、テンションプーリによりベルト４がその外周側に押し広げられて、ベルト４の張力が大きくなり、その結果、プーリ片１２がバネ１３の付勢力に抗してプーリ片１１から離れて、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が小さくなる。
【解決手段】自転車１においては、内周側ほどその幅が狭くなったベルト４が、ペダル２に接続されたクランクプーリ５、車輪３に接続された車輪用プーリ６、アイドラプーリ７及びテンションプーリ８に懸架されている。車輪用プーリ６は、車輪３の回転軸とともに回転する互いに対向して配置された２つのプーリ片１１、１２、移動可能なプーリ片１２を固定されたプーリ片１１に向かって付勢するバネ１３を有している。テンションプーリ８は支点１６ａを中心として揺動可能に構成されたアーム１６に接続されている。そして、アーム１６が反時計回りに揺動するほど、テンションプーリによりベルト４がその外周側に押し広げられて、ベルト４の張力が大きくなり、その結果、プーリ片１２がバネ１３の付勢力に抗してプーリ片１１から離れて、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が小さくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車の車輪の回転速度に応じて自動的に変速を行う自動変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の自転車用無段変速装置においては、ハンドルを操作すると、変速用ベルト及び変速用ベルトを介してハンドルに接続された変速用ナットが回転し、変速用ナットが移動する。これに伴って、変速用ナットに隣接して配置された、ペダルをこぐと回転する可変プーリを構成する２つのプーリ片の一方である可動プーリ片が移動して、２つのプーリ片の間の距離が変化し、２つのプーリ片の距離に応じて、可変プーリのＶベルトが懸架される部分の径が変化する。そして、可変プーリのＶベルトが懸架される部分の径が大きくなると、車輪用のプーリの径に対する可変プーリの径の比が大きくなるため、可変プーリの回転量に対する車輪用プーリの回転量が大きくなり、ペダルの回転速度を増加させたときに、車輪の回転速度を大きく増加させることができる。一方、可変プーリのＶベルトが懸架される部分の径が小さくなると、車輪用のプーリの径に対する可変プーリの径の比が小さくなるため、可変プーリの回転量に対する車輪用プーリの回転量が小さくなり、ペダルを回転させるのに必要な力が小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８３９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の自転車用無段変速装置では、自転車に乗っている人が、自転車の運転中に自身で判断してハンドルを操作することにより変速を行う必要がある。このため、変速操作に慣れていない人が変速操作を行った場合には、適切に変速を行うことができず、ペダルを回転させるために大きな力を必要とする、あるいは、車輪を高速に回転させることができない虞がある。また、ハンドルによる変速操作に気を取られるなどした場合には、安全上問題が生じる虞がある。
【０００５】
本発明の目的は、自転車の車輪の回転速度に応じて自動的に変速させることが可能な自動変速装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明に係る自動変速装置は、自転車に用いられる自動変速装置であって、前記自転車のペダルの回転軸とともに回転するクランクプーリと、前記自転車の車輪の回転軸とともに回転する車輪用プーリと、前記クランクプーリ及び前記車輪用プーリに懸架された無端状のベルトと、前記ベルトの張力を変化させる張力変更手段と、前記車輪の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備えており、前記クランクプーリ及び前記車輪用プーリの一方が、前記ベルトの張力が大きくなるほどその前記ベルトが懸架される部分の径が小さくなる可変プーリにより構成されており、前記張力変更手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度に応じて前記ベルトの張力を変化させることを特徴とするものである。
【０００７】
これによると、ベルトの張力が小さい場合には、可変プーリにおけるベルトが懸架される部分の径が大きくなり、ベルトの張力が大きい場合には、可変プーリにおけるベルトが懸架される部分の径が小さくなる。したがって、回転速度検出手段により検出した車輪の回転速度に応じて、張力変更手段によりベルトの張力を変化させることにより、可変プーリにおけるベルトが懸架される部分の径を自動的に変化させて変速を行うことが可能となる。
【０００８】
第２の発明に係る自動変速装置は、第１の発明に係る自動変速装置であって、前記ベルトがその内周側ほど幅が小さくなったＶベルトであって、前記可変プーリが、前記ペダルの回転軸の延在方向に配列されることによって互いに対向しており、前記ペダルの回転軸と一体的に回転するとともに、前記ペダルの回転軸の延在方向に相対移動可能に構成された２つのプーリ片と、前記２つのプーリ片の少なくとも一方を、前記２つのプーリ片が互いに近づく方向に付勢する付勢手段とを備えており、前記２つのプーリ片は、前記ベルトが懸架される部分の径が、互いの対向面に近い部分ほど小さくなっていることを特徴とするものである。
【０００９】
これによると、ベルトの張力が大きい場合には、２つのプーリ片が付勢手段の付勢力に抗して互いに離れる方向に移動するため、ベルトが２つのプーリ片の径が小さい部分に懸架されることになり、ベルトの張力が小さい場合には、２つのプーリ片が付勢手段の付勢力により互いに近づく方向に移動するため、ベルトが２つプーリ片の径が大きい部分に懸架されることになる。したがって、２つのプーリ片と付勢手段とにより、ベルトの張力が大きくなるほど、ベルトが懸架される部分における径が小さくなるような可変プーリを容易に形成することができる。
【００１０】
第３の発明に係る自動変速装置は、第１又は第２の発明に係る自動変速装置であって、前記車輪用プーリが前記可変プーリによって構成されており、前記張力変更手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度が速いほど、前記ベルトの張力が大きくなるように、前記ベルトの張力を変化させることを特徴とするものである。
【００１１】
これによると、車輪の回転速度が遅い場合には、ベルトの張力が小さくなることにより、可変プーリである車輪用プーリにおけるベルトが懸架される部分の径が大きくなり、車輪用プーリにおけるベルトが懸架される部分の径に対するクランクプーリの径の比が小さくなる。これにより、クランクプーリの回転量に対する車輪用プーリの回転量が小さくなり、ペダルを回転させるのに必要な力が小さくなる。
【００１２】
一方、車輪の回転速度が速い場合には、ベルトの張力が大きくなることにより、可変プーリである車輪用プーリにおけるベルトが懸架された部分の径が小さくなり、車輪用プーリにおけるベルトが懸架される部分の径に対するクランクプーリの径の比が大きくなる。これにより、クランクプーリの回転量に対する車輪用プーリの回転量が大きくなり、ペダルの回転速度を増加させたときに、車輪用プーリの回転速度を大きく増加させることができる。
【００１３】
第４の発明に係る自動変速装置は、第１又は第２の発明に係る自動変速装置であって、前記クランクプーリが前記可変プーリによって構成されており、前記張力変更手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度が速いほど、前記ベルトの張力が小さくなるように、前記ベルトの張力を変化させることを特徴とするものである。
【００１４】
これによると、車輪の回転速度が遅い場合には、ベルトの張力が大きくなることにより、可変プーリであるクランクプーリにおけるベルトが懸架される部分の径が小さくなり、車輪用プーリの径に対するクランクプーリにおけるベルトが懸架される部分の径の比が小さくなる。これにより、クランクプーリの回転量に対する車輪用プーリの回転量が小さくなり、ペダルを回転させるのに必要な力が小さくなる。
【００１５】
一方、車輪の回転速度が速い場合には、ベルトの張力が小さくなることで、可変プーリであるクランクプーリにおけるベルトが懸架される部分の径が大きくなり、車輪用プーリの径に対するクランクプーリにおけるベルトが懸架される部分の径の比が大きくなる。これにより、クランクプーリの回転量に対する車輪用プーリの回転量が大きくなり、ペダルの回転速度を増加させたときに、車輪用プーリの回転速度を大きく増加させることができる。
【００１６】
第５の発明に係る自動変速装置は、第１〜第４のいずれかの発明に係る自動変速装置であって、前記張力変更手段が、所定の支点を中心として揺動可能に構成されたアームと、前記アームに接続されており、前記ベルトが懸架されるテンションプーリと、前記アームを揺動させるモータとを有していることを特徴とするものである。
【００１７】
これによると、ベルトが懸架されたテンションプーリと接続されたアームを揺動させることにより、容易にベルトの張力を変化させることができる。
【００１８】
第６の発明に係る自動変速装置は、第５の発明に係る自動変速装置であって、前記車輪用プーリに固定されているとともに、前記ベルトが懸架されるアイドラプーリをさらに備えており、前記アームが、前記アイドラプーリの中心を支点として揺動可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
これによると、アームの支点がアイドラプーリの中心に位置しているので、自転車の構成が簡単になる。
【００２０】
第７の発明に係る自動変速装置は、第５又は第６の発明に係る自動変速装置であって、前記張力変更手段が、前記アームの揺動角度を決定する角度決定手段とをさらに備えており、前記角度決定手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度に応じて、前記アームの揺動角度を決定し、前記モータは、前記角度決定手段により決定された角度だけ、前記アームを揺動させることを特徴とするものである。
【００２１】
これによると、アームを、車輪の回転速度に応じて決定された角度だけ揺動させることにより、容易に、車輪の回転速度に応じてベルトの張力を変化させることができる。
【００２２】
第８の発明に係る自動変速装置は、第５〜第７のいずれかの発明に係る自動変速装置であって、前記車輪の回転速度に対応する前記アームの揺動角度が互いに異なる複数のモードで動作可能であり、前記張力変更手段が、前記複数のモードのうち、いずれのモードで動作させるかを決定するモード決定手段をさらに備えており、前記角度決定手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度と、前記モード決定手段により決定されたモードとに応じて、前記アームの揺動角度を決定することを特徴とするものである。
【００２３】
これによると、車輪の回転速度に対応するアームの揺動角度、つまり、車輪の回転速度に対応するベルトの張力が互いに異なる複数のモードで動作することができるようにすることにより、例えば、力の強い人が自転車に乗る場合などに適した、ペダルを回転させるのに必要な力は大きくなるものの、ペダルの回転速度を増加させたときには、車輪の回転速度が特に大きく増加するような変速と、これとは逆に、力の弱い人が自転車に乗る場合などに適した、ペダルの回転速度を増加させたときに、車輪回転速度はそれほど大きく増加しないものの、ペダルを回転させるのに必要な力が小さくてすむような変速とを切り替えることなどが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ベルトの張力が小さい場合には、可変プーリにおけるベルトが懸架される部分における径が大きくなり、ベルトの張力が大きい場合には、可変プーリにおけるベルトが懸架される部分の径が小さくなる。したがって、回転速度検出手段により検出した車輪の回転速度に応じて、張力変更手段によりベルトの張力を変化させることにより、可変プーリにおけるベルトが懸架される部分の径を自動的に変化させて変速を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明における実施の形態に係る自転車の概略構成図であり、（ａ）が、アームが最大限時計回りに揺動した状態、（ｂ）が、アームが最大限反時計回りに揺動した状態をそれぞれ示している。
【図２】図１（ａ）を矢印ＩＩの方向から見た図である。
【図３】図１（ｂ）を矢印ＩＩＩの方向から見た図である。
【図４】アームを揺動させる揺動制御装置のブロック図である。
【図５】車輪の回転速度と、車輪用プーリにおけるベルトが懸架される部分の径との関係を示す図である。
【図６】ペダルの回転速度と、車輪の回転速度との関係を示す図である。
【図７】変形例１の図３相当の図である。
【図８】変形例１の図２相当の図である。
【図９】変形例２の図５相当の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態に係る自転車の一部を示す概略構成図であり、（ａ）が、後述するアーム１６が最大限時計回りに揺動した状態、（ｂ）が、アーム１６が最大限反時計回りに揺動した状態をそれぞれ示している。図２は図１（ａ）を矢印ＩＩの方向から見た図である。図３は図１（ｂ）を矢印ＩＩＩの方向から見た図である。ただし、図面を分かりやすくするため、図２、図３においては、後述する、アイドラプーリ７、テンションプーリ８、アーム１６などの図示を省略している。
【００２８】
図１〜図３に示すように、自転車１は、ペダル２及び車輪３と、ペダル２の回転を車輪３に伝達するためのベルト４、クランクプーリ５、車輪用プーリ６、アイドラプーリ７及びテンションプーリ８とを有している。ペダル２及び車輪３の構成は、従来の自転車のものと同様であるので、ここではその詳細な説明は省略する。なお、車輪３の回転速度は、後述する回転速度センサ１９（図４参照）により検出される。
【００２９】
ベルト４は、クランクプーリ５、車輪用プーリ６、アイドラプーリ７及びテンションプーリ８に懸架された無端状のベルトであり、図２、図３に示すように、内周側の部分ほどその幅が狭くなった略台形の断面形状を有するいわゆるＶベルトである。
【００３０】
クランクプーリ５は、ペダル２の回転軸２ａと接続されており、ペダル２を回転させると、回転軸２ａとともにクランクプーリ５が回転する。
【００３１】
車輪用プーリ６は、車輪の回転軸３ａにボルト１４により固定されており、車輪用プーリ６が回転することにより車輪３が回転する。また、車輪用プーリ６は、いわゆる可変プーリであって、２つのプーリ片１１、１２及びバネ１３を有している。
【００３２】
２つのプーリ片１１、１２は、回転軸３ａの延在方向（図２、図３の左右方向）に配列されることで互いに対向しており、回転軸３ａと一体に回転する。また、プーリ片１１、１２は、互いの対向面に近い部分ほどその径が小さくなっている。つまり、プーリ片１１は図２、図３の右側の部分ほどその径が小さくなっており、プーリ片１２は、図２、図３の左側の部分ほどその径が小さくなっている。そして、ベルト４は、プーリ片１１、１２のこの径が変化している部分に懸架される。
【００３３】
プーリ片１１は、車輪３の回転軸３ａに固定されており、プーリ片１２は、回転軸３ａの延在方向（図２、図３の左右方向）に移動可能となっている。すなわち、プーリ片１１とプーリ片１２とは、回転軸３ａの延在方向に相対移動可能となっている。ただし、プーリ１２は回転軸３ａの回転方向に対する周り止めを有しており、回転軸３ａが回転したときにのみ回転する。バネ１３は図２、図３におけるプーリ片１２の右側に配置されており、プーリ片１２をプーリ片１１に向かって図２、図３の左方に（プーリ片１１とプーリ片１２とが互いに近づく方向に）付勢している。
【００３４】
これにより、車輪用プーリ６においては、後述するようにベルト４の張力が小さい場合には、バネ１３の付勢力によりプーリ片１２がプーリ片１１に近づき（図２、図３の左方に移動し）、これより、ベルト４がクランクプーリ５の外周側に押し出され、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が大きくなる。
【００３５】
一方、ベルト４の張力が大きくなると、プーリ片１２はベルト４によりその内周側に押され、これにより、バネ１３の付勢力に抗してプーリ片１１から離れる（図２、図３の右方に移動する）。これにより、ベルト４が車輪用プーリ６の内周側に食い込み、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が小さくなる。
【００３６】
アイドラプーリ７は、自転車１本体に固定された連結部材１５のベアリングを介して回転自在になっている。テンションプーリ８は、アーム１６により、アイドラプーリ７と連結されている。
【００３７】
アーム１６は、アイドラプーリ７の中心に位置する支点１６ａを中心として、図１（ａ）に示す位置と図１（ｂ）に示す位置との間で揺動可能となっている。そして、アーム１６が揺動するのに連動して、アーム１６に連結されたテンションプーリ８も支点１６ａを中心として揺動する。
【００３８】
そして、アーム１６が図１の反時計回りに揺動して図１（ｂ）に示す位置に近づくほど、ベルト４が、テンションプーリ８によりその外周側に大きく押し広げられ、その結果、ベルト４の張力が大きくなる。
【００３９】
このように、本実施の形態では、ベルト４が懸架されたテンションプーリ８と接続されたアーム１６を揺動させることにより、ベルト４の張力を容易に変化させることができる。また、アーム１６の支点１６ａがアイドラプーリ７の中心に位置しているので、自転車１の構成が簡単になる。
【００４０】
次に、アーム１６を揺動させる揺動ユニットについて説明する。図４は、アーム１６を揺動させる揺動ユニット２０のブロック図である。揺動ユニット２０は、モード決定部２１、角度決定部２２、モータ２３などを有している。なお、本実施の形態においては、テンションプーリ８、アーム１６及び揺動ユニット２０をあわせたものが、本発明に係る張力変更手段に相当する。
【００４１】
ここで、自転車１においては、所定の通常モードのほか、後述するように、力の弱い人が自転車１に乗る場合などに適した、ペダル２の回転速度を増加させても、車輪３の回転速度は通常モードの場合ほど大きくは増加しないものの、ペダル２を回転させるのに必要な力が通常モードよりも小さいモード（以下、低速モードとする）、及び、力の強い人が自転車１に乗る場合などに適した、ペダル２を回転させるのに必要な力は通常モードよりも大きくなってしまうものの、ペダル２の回転速度を増加させたときに、車輪３の回転速度を通常モードよりも大きく増加させることができるモード（高速モード）のいずれかのモードに切り替えることできるようになっている。
【００４２】
また、上記標準モード、低速モード及び高速モードは、自転車１に乗る人が自転車１に設けられたスイッチ１８を操作することにより選択される。モード決定部２１は、スイッチ１８による操作を受けて、通常モード、低速モード及び高速モードのいずれのモードで動作させるかを決定する。
【００４３】
角度決定部２２は、モード決定部２１により決定されたモード、及び、回転速度センサ１９より検出された車輪３の回転速度に応じて、図１（ａ）に示す位置からのアーム１６の反時計回りの揺動角度を決定する。より詳細には、回転速度センサ１９により検出された車輪の回転速度が速いほど、アーム１６が図１（ａ）に示す位置から揺動角度が大きくなるように揺動角度を決定する。また、車輪３の各回転速度に対応する揺動角度は、高速モード、標準モード、及び、低速モードの順に揺動角度が大きくなる（互いに異なる）ようにする。
【００４４】
モータ２３は、例えばステッピングモータなどである。モータ２３は、アーム１６の支点１６ａに接続されており、角度決定部２２により決定された揺動角度だけアーム１６を揺動させる。
【００４５】
これにより、アーム１６の揺動に連動して、テンションプーリ８が、角度決定部２２により決定された角度だけ揺動し、その結果、ベルト４の張力が変化する。そして、このように、アーム１６を、車輪３の回転速度に応じて角度決定部２２において決定された角度だけ揺動させることにより、容易に、車輪３の回転速度に応じてベルト４の張力を変化させることができる。
【００４６】
次に、自転車１における変速動作について説明する。図５は、車輪３の回転速度Ｒ（自転車１の走行速度）と車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径Ｄとの関係を示す図である。図６は、ペダル２の回転速度Ｐと車輪３の回転速度Ｒとの関係を示す図である。
【００４７】
自転車１は、停止時においては、図１（ａ）、図２に示すように、アーム１６が最大限、図１の時計回りに揺動した状態となっており、ベルト４の張力が最小となっている。これにより、図２に示すように、車輪用プーリ６を構成するプーリ片１２が、バネ１３の付勢力によりプーリ片１１に当接している、つまり、最大限プーリ片１１に近接している。したがって、ベルト４が、車輪用プーリ６の外周側に最大限押し出された状態となり、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が最大（Ｄ１）となっている。
【００４８】
停止した状態の自転車１を発進させる場合や、登り坂にかかって車輪３の回転速度が遅い場合などには、ペダル２を回転させるために比較的大きな力が必要となるが、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が最大（Ｄ１）となっているため、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が小さくなる。これにより、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が小さくなり、その結果、ペダル２を回転させるために必要な力が小さくなる。
【００４９】
ただし、この状態では、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が小さいため、図６に示すように、ペダル２の回転速度を上げても、車輪３の回転速度はそれほど大きくは増加しない。
【００５０】
そして、標準モードの場合には、車輪３の回転速度が所定の回転速度Ｒ１よりも遅いときには、この状態を保持し、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ１以上となったときに、車輪３の速度増加に合わせてアーム１６を連続的に揺動させることにより、図５に示すように、車輪３の回転速度が速くなるほど、アーム１６を大きく図１の反時計回りに揺動させる。つまり、図１（ａ）に示す状態から図１（ｂ）に示す状態（図２に示す状態から図３に示す状態）に近づけていく。
【００５１】
ここで、アーム１６を大きく図１の反時計回りに揺動させるほど、ベルト４がその外周側に広げられて、ベルト４の張力が大きくなる。そして、ベルト４の張力が大きくなると、プーリ片１２がバネ１３の付勢力に抗してプーリ片１１から離れる（図２、図３の右方に移動する）。これにより、ベルト４が車輪用プーリ６の内周側に食い込み、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が小さくなる。その結果、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が大きくなる。
【００５２】
そして、標準モードの場合には、車輪３の回転速度が所定の回転速度Ｒ２となったときに、図１（ｂ）、図３に示すように、アーム１６が最大限反時計回りに揺動した状態となり、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ２以上であるときにはこの状態に保持される。このとき、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が最小（Ｄ２）となっている。
【００５３】
そして、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が大きくなると、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が大きくなり、図６に示すように、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ１以上の場合には、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ１よりも遅いときと比較して、ペダル２の回転速度を増加させたときに、車輪３の回転速度を大きく増加させることが可能となる。すなわち、ペダル２を踏み込む速度が特に大きくなくても速く走ることができる。
【００５４】
また、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ２以上である場合には、それ以上アーム１６が揺動しないため、図６に示すように、ペダル２の回転速度を増加に対する車輪３の回転速度の増加の割合が、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ１と上記回転速度Ｒ２の間である場合よりも小さくなる。
【００５５】
一方、車輪３の回転速度が減少する場合には、上述したのとは逆となる。すなわち、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ２以上のときには、図１（ｂ）、図３に示すように、アーム１６が最大限反時計回りに揺動し、ベルト４の張力が最大（車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径が最小（Ｄ２））となっている。
【００５６】
車輪３の回転速度が回転速度Ｒ２よりも遅くなると、車輪３の回転速度が遅くなるほどアーム１６が図１の時計回りに揺動し、これにより、ベルト４の張力が小さくなる（車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径が大きくなる）。そして、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ１となったときに、アーム１６が最大限時計回りに揺動し、ベルト４の張力が最小（車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径が最大（Ｄ１））となる。また、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ１よりも遅いときには、アーム１６が最大限時計回りに揺動した状態に保持される。
【００５７】
なお、低速モードの場合には車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ１よりも速い回転速度Ｒ１’となったとき、高速モードの場合には車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ１よりも遅い回転速度Ｒ１’’となったときに、それぞれ、図５に示すようにアーム１６を揺動させ始める（車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径を減少させ始める）。これにより、車輪３の各回転速度に対応するアーム１６の揺動角度、つまり、車輪３の各回転速度に対応するベルト４の張力が、高速モード、標準モード及び低速モードの順に大きくなる。
【００５８】
これにより、低速モードの場合には、通常モードと比較して、車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が小さくなり、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する、車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が小さくなる。したがって、低速モードの場合には、ペダル２の回転速度を増加させても、車輪３の回転速度は、通常モードの場合ほど大きくは増加しないものの、ペダル２を回転させるのに必要な力は通常モードよりも小さくなる。
【００５９】
一方、高速モードの場合には、通常モードと比較して、車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が大きくなり、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する、車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が大きくなる。したがって、高速モードの場合には、ペダル２を回転させるために通常モードよりも大きな力を必要とするものの、ペダル２の回転速度を増加させたときに、車輪３の回転速度は、通常モードの場合よりも大きく増加する。
【００６０】
したがって、自転車１においては、例えば、力の弱い人が自転車１に乗る場合などには、低速モードに切り替えてペダル２を回転させるのに必要な力を小さくし、力の強い人が自転車１に乗る場合などには、高速モードに切り替えて車輪３を高速で回転させやすくするといったことなどが可能となる。
【００６１】
また、低速モードの場合には車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ２よりも速い回転速度Ｒ２’以上となったとき、高速モードの場合には、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ２よりも遅い回転速度Ｒ２’’以上となったときに、それぞれ、図１（ｂ）、図３、図５に示すように、アーム１６が最大限反時計回りに揺動した状態となる。
【００６２】
以上に説明した実施の形態によると、停止した状態の自転車１を発進させる場合や、登り坂にかかって車輪３の回転速度が遅い場合には、ペダル２を回転させるために比較的大きな力が必要となるが、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が最大となっているため、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が小さくなる。これにより、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が小さくなるため、ペダル２を回転させるために必要な力が小さくなる。
【００６３】
一方、車輪３の回転速度が速くなったときには、ベルト４の張力が大きくなることにより、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が小さくなり、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が大きくなる。これにより、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が大きくなり、ペダル２の回転速度を増加させたときに、車輪３の回転速度を大きく増加させることが可能となる。すなわち、ペダル２を踏み込む速度が特に大きくなくても速く走ることができる。
【００６４】
また、ベルト４が懸架されたテンションプーリ８と接続されたアーム１６を揺動させることにより、ベルト４の張力を容易に変化させることができる。また、このとき、アーム１６の支点１６ａがアイドラプーリ７の中心に位置しているので、自転車１の構成が簡単になる。
【００６５】
また、車輪３の回転速度に応じて角度決定部２２により決定された角度だけアーム１６を揺動させることにより、容易に、車輪３の回転速度に応じてベルト４の張力を変化させることができる。
【００６６】
また、自転車１においては、通常モード、低速モード及び高速モードの切り替えが可能であり、車輪３の各回転速度に対応するアーム１６の揺動角度、つまり、車輪３の各回転速度に対応するベルト４の張力が、高速モード、標準モード及び低速モードの順に大きくなっている。
【００６７】
このため、低速モードの場合には、通常モードと比較して、車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が小さくなり、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する、車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が小さくなる。したがって、低速モードの場合には、ペダル２の回転速度を増加させても、車輪３の回転速度は、通常モードの場合ほど大きくは増加しないものの、ペダル２を回転させるのに必要な力は通常モードよりも小さくなる。
【００６８】
一方、高速モードの場合には、通常モードと比較して、車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が大きくなり、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する、車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が大きくなる。したがって、高速モードの場合には、ペダル２を回転させるために通常モードよりも大きな力を必要とするものの、ペダル２の回転速度を増加させたときに、車輪３の回転速度は、通常モードの場合よりも大きく増加する。
【００６９】
したがって、自転車１においては、例えば、力の弱い人が自転車１に乗る場合などには、低速モードに切り替えてペダル２を回転させるのに必要な力を小さくし、力の強い人が自転車１に乗る場合などには、高速モードに切り替えて車輪３を高速で回転させやすくするといったことなどが可能となる。
【００７０】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有する部分については同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００７１】
上述の実施の形態では、車輪用プーリ６が可変プーリとなっていたが、これには限られない。一変形例では、図７、図８に示すように、車輪用プーリ３６は通常のプーリであり、クランクプーリ３５が、２つのプーリ片４１、４２及びバネ４３を有する可変プーリとなっている。
【００７２】
プーリ片４１、４２及びバネ４３は、それぞれ、プーリ片１１、１２及びバネ１３（図２、図３参照）と同様の構成を有するものである。すなわち、２つのプーリ片４１、４２は、ペダル２の回転軸２ａの延在方向（図７、図８の左右方向）に配列されることで互いに対向しており、ペダル２の回転軸２ａと一体に回転可能となっている。また、プーリ片４１、４２は、互いの対向面に近い部分ほどその径が小さくなっており、ベルト４は、プーリ片４１、４２のこの部分に懸架される。プーリ片４１は、回転軸２ａに固定されており、プーリ片４２は、回転軸２ａの延在方向（図７、図８の左右方向）に移動可能となっている。つまり、プーリ片４１とプーリ片４２とは、回転軸２ａの延在方向に相対移動可能となっている。バネ４３はプーリ片４２の右側に配置されており、プーリ片４２をプーリ片４１に向かって図７、図８の左方に付勢している。
【００７３】
これにより、クランクプーリ３５においては、ベルト４の張力が小さい場合には、バネ４３の付勢力によりプーリ片４２がプーリ片４１に近づき（図７、図８の左方に移動し）、これより、ベルト４がクランクプーリ３５の外周側に押し出され、クランクプーリ３５におけるベルト４を懸架する部分の径が大きくなる。
【００７４】
一方、ベルト４の張力が大きくなると、プーリ片４２はベルト４に押されることにより、バネ４３の付勢力に抗してプーリ片４１から離れる（図７、図８の右方に移動する）。これにより、ベルト４は、クランクプーリ３５の内周側に食い込む。すなわち、クランクプーリ３５におけるベルト４が懸架される部分の径が小さくなる（変形例１）。
【００７５】
この場合には、自転車１における変速動作は上述の実施の形態とは逆になる。すなわち、自転車１の停止時においては、図１（ｂ）、図７に示すように、アーム１６が最大限、図１の反時計回りに揺動した状態となっており、ベルト４の張力が最大限大きくなっている。これにより、図７に示すように、クランクプーリ３５を構成するプーリ片４２がバネ４３の付勢力に抗して最大限プーリ片４１から離れて位置しており、ベルト４は、最大限プーリ片４１、４２の内周側に食い込んでいる。すなわち、クランクプーリ３５におけるベルト４が懸架される部分の径が最小となっている。
【００７６】
停止した状態の自転車１を発進させる場合や、登り坂にかかって車輪３の回転速度が遅い場合などには、ペダル２を回転させるために比較的大きな力が必要となるが、クランクプーリ３５におけるベルト４が懸架される部分の径が最小となっているため、車輪用プーリ３６の径に対するクランクプーリ３５におけるベルト４が懸架される部分の径の比が小さくなっている。これにより、ペダル２の回転量に対する車輪用プーリ６の回転量が小さくなるため、ペダル２を回転させるために必要な力が小さくなる。
【００７７】
そして、車輪３の回転速度が所定の回転速度Ｒ１よりも遅いときには、この状態を保持し、車輪３の速度が所定の回転速度Ｒ１以上となったときに、車輪３の回転速度が速くなるほど、アーム１６を大きく図１の時計回りに揺動させて図１（ａ）図８に示す状態に近づける。そして、アーム１６を大きく図１の時計回りに揺動させるほど、ベルト４の張力が小さくなり、プーリ片４２がバネ４３の付勢力によりプーリ片４１に近づく（図７、図８の左方に移動する）。これにより、ベルト４がプーリ片４１、４２により押し出され、クランクプーリ３５におけるベルト４が懸架される部分の径が大きくなる。その結果、車輪用プーリ６の径に対するクランクプーリ５のベルト４が懸架される部分の径の比が大きくなる。
【００７８】
そして、車輪用プーリ６の径に対するクランクプーリ５のベルト４が懸架される部分の径の比が大きくなると、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が大きくなり、ペダル２の回転速度を増加させたときに、車輪３の回転速度を大きく増加させることが可能となる。すなわち、ペダル２を踏み込む速度が特に大きくなくても速く走ることができる。
【００７９】
一方、車輪３の回転速度が減少する場合には、上述したのとは逆となる。すなわち、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ２以上のときには、図１（ａ）、図８に示すように、アーム１６が最大限時計回りに揺動し、ベルト４の張力が最小（クランクプーリ３５のベルト４が懸架される部分の径が最大）となっている。
【００８０】
車輪３の回転速度が回転速度Ｒ２よりも遅くなると、車輪３の回転速度が遅くなるほどアーム１６が図１の反時計回りに大きく揺動し、これにより、ベルト４の張力が大きくなる（クランクプーリ３５のベルト４が懸架される部分の径が小さくなる）。そして、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ１となったときに、アーム１６が最大限反時計回りに揺動し、ベルト４の張力が最大（クランクプーリ３５のベルト４が懸架される部分の径が最小）となる。また、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ１よりも遅いときには、アーム１６が最大限反対時計回りに揺動した状態に保持される。
【００８１】
また、本実施の形態では、標準モード、低速モード及び高速モードにおいて、アーム１６を揺動させ始める車輪３の回転速度を互いに異ならせることにより、同じ車輪３の回転速度に対して、アーム１６の揺動角度を異ならせたが、これには限られない。別の一変形例では、図９に示すように、標準モード、低速モード及び高速モードのいずれの場合にも、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ１となったときにアーム１６を揺動させ始め、車輪３の回転速度の増加に対する車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径の減少の割合、すなわち、アーム１６の揺動角度の増加の割合を、高速モード、標準モード及び低速モードの順に大きくしている(変形例２)。この場合でも、車輪３の各回転速度に対するアーム１６の揺動角度、つまり、車輪３の各回転速度に対するベルト４の張力が、高速モード、標準モード及び低速モードの順で大きくなる。
【００８２】
なお、この場合には、車輪３の回転速度が、標準モードの場合には所定の回転速度Ｒ３以上のとき、低速モードの場合には上記回転速度Ｒ３よりも速い所定の回転速度Ｒ３’以上のとき、高速モードの場合には上記回転速度Ｒ３よりも遅い所定の回転速度Ｒ３’’以上のときに、それぞれ、図１（ｂ）、図３、図９に示すように、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が最小（Ｄ２）となる。
【００８３】
また、上述の実施の形態では、図５に示すように、車輪３の回転速度の変化に合わせてアーム１６の揺動角度を連続的に変化させることにより、車輪３の回転速度が速くなるほど、アーム１６を大きく図１の反時計回りに揺動させたが、これには限られず、車輪３の回転速度の変化に合わせて、アーム１６の揺動角度を段階的に変化させてもよい。
【００８４】
また、上述の実施の形態では、アーム１６の支点１６ａが、アイドラプーリ７の中心に位置していたが、アーム１６の支点１６ａが他の位置にあってもよい。
【００８５】
また、上述の実施の形態では、モータ２３がステッピングモータであったが、これには限られず、例えば、モータ２３がサーボモータであり、揺動ユニット２０に別途、アーム１６の揺動角度を検出するセンサが設けられていてもよい。この場合には、モータ２３が、このセンサにより検出されたアーム１６の揺動角度を参照しながら、アーム１６を角度決定部２２において決定された角度だけ揺動させればよい。
【００８６】
また、上述の実施の形態では、ベルト４が懸架されたテンションプーリ８と接続されたアーム１６を揺動させることにより、ベルト４の張力を変化させたが、これには限られず、別の方法によりベルト４の張力を変化させてもよい。
【００８７】
また、上述の実施の形態では、２つプーリ片１１、１２の一方であるプーリ片１１が回転軸３ａに固定されているとともに、他方であるプーリ片１２が移動可能に構成されており、プーリ片１２がバネ１３によりプーリ片１１に向かって付勢されていたが、これには限られず、プーリ片１１、１２の両方が車輪３の回転軸３ａの延在方向に個別に移動可能（プーリ片１１とプーリ片１２とが相対移動可能）に構成されており、プーリ片１１、１２に対してそれぞれバネ１３が設けられており、バネ１３により、プーリ片１１、１２が互いに近づく方向に付勢されていてもよい、すなわち、プーリ片１１がプーリ片１２に向かって（図２、図３の右方に）付勢されているとともに、プーリ片１２がプーリ片１１に向かって（図２、図３の左方に）付勢されていてもよい。
【００８８】
また、本実施の形態では、自転車１を、標準モード、低速モード及び高速モードの３つのモードで動作させることができるように構成されていたが、これには限られず、自転車１を、車輪３の各回転速度に対応するアーム１６の揺動角度が互いに異なる、２つあるいは４つ以上のモードで動作させることができるように構成されていてもよい。あるいは、自転車１において、モードを選択することができるようになっておらず、標準モードでのみ動作させることができるように構成されていなくてもよい。
【００８９】
また、以上の説明では、ベルト４がＶベルトであり、可変プーリが、２つのプーリ片及びバネを有する構成となっていたが、これには限られず、例えば、ベルト４の張力が大きくなるほど、可変プーリの径が小さくなるように変形するなど、ベルト４の張力が大きさに応じてベルト４の可変プーリに懸架される部分の径が変化するように構成されていれば、ベルト４及び可変プーリの構成は上述したのとは異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１ 自転車
２ ペダル
２ａ 回転軸
３ 車輪
３ａ 回転軸
４ ベルト
５ クランクプーリ
６ 車輪用プーリ
７ アイドラプーリ
８ テンションプーリ
１１、１２ プーリ片
１３ バネ
１６ アーム
１６ａ 支点
１９ 回転速度センサ
２０ 揺動制御装置
２１ モード決定部
２２ 角度決定部
２３ モータ
３５ クランクプーリ
３６ 車輪用プーリ
４１、４２ プーリ片
４３ バネ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車の車輪の回転速度に応じて自動的に変速を行う自動変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の自転車用無段変速装置においては、ハンドルを操作すると、変速用ベルト及び変速用ベルトを介してハンドルに接続された変速用ナットが回転し、変速用ナットが移動する。これに伴って、変速用ナットに隣接して配置された、ペダルをこぐと回転する可変プーリを構成する２つのプーリ片の一方である可動プーリ片が移動して、２つのプーリ片の間の距離が変化し、２つのプーリ片の距離に応じて、可変プーリのＶベルトが懸架される部分の径が変化する。そして、可変プーリのＶベルトが懸架される部分の径が大きくなると、車輪用のプーリの径に対する可変プーリの径の比が大きくなるため、可変プーリの回転量に対する車輪用プーリの回転量が大きくなり、ペダルの回転速度を増加させたときに、車輪の回転速度を大きく増加させることができる。一方、可変プーリのＶベルトが懸架される部分の径が小さくなると、車輪用のプーリの径に対する可変プーリの径の比が小さくなるため、可変プーリの回転量に対する車輪用プーリの回転量が小さくなり、ペダルを回転させるのに必要な力が小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８３９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の自転車用無段変速装置では、自転車に乗っている人が、自転車の運転中に自身で判断してハンドルを操作することにより変速を行う必要がある。このため、変速操作に慣れていない人が変速操作を行った場合には、適切に変速を行うことができず、ペダルを回転させるために大きな力を必要とする、あるいは、車輪を高速に回転させることができない虞がある。また、ハンドルによる変速操作に気を取られるなどした場合には、安全上問題が生じる虞がある。
【０００５】
本発明の目的は、自転車の車輪の回転速度に応じて自動的に変速させることが可能な自動変速装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明に係る自動変速装置は、自転車に用いられる自動変速装置であって、前記自転車のペダルの回転軸とともに回転するクランクプーリと、前記自転車の車輪の回転軸とともに回転する車輪用プーリと、前記クランクプーリ及び前記車輪用プーリに懸架された無端状のベルトと、前記ベルトの張力を変化させる張力変更手段と、前記車輪の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備えており、前記クランクプーリ及び前記車輪用プーリの一方が、前記ベルトの張力が大きくなるほどその前記ベルトが懸架される部分の径が小さくなる可変プーリにより構成されており、前記張力変更手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度に応じて前記ベルトの張力を変化させることを特徴とするものである。
【０００７】
これによると、ベルトの張力が小さい場合には、可変プーリにおけるベルトが懸架される部分の径が大きくなり、ベルトの張力が大きい場合には、可変プーリにおけるベルトが懸架される部分の径が小さくなる。したがって、回転速度検出手段により検出した車輪の回転速度に応じて、張力変更手段によりベルトの張力を変化させることにより、可変プーリにおけるベルトが懸架される部分の径を自動的に変化させて変速を行うことが可能となる。
【０００８】
第２の発明に係る自動変速装置は、第１の発明に係る自動変速装置であって、前記ベルトがその内周側ほど幅が小さくなったＶベルトであって、前記可変プーリが、前記ペダルの回転軸の延在方向に配列されることによって互いに対向しており、前記ペダルの回転軸と一体的に回転するとともに、前記ペダルの回転軸の延在方向に相対移動可能に構成された２つのプーリ片と、前記２つのプーリ片の少なくとも一方を、前記２つのプーリ片が互いに近づく方向に付勢する付勢手段とを備えており、前記２つのプーリ片は、前記ベルトが懸架される部分の径が、互いの対向面に近い部分ほど小さくなっていることを特徴とするものである。
【０００９】
これによると、ベルトの張力が大きい場合には、２つのプーリ片が付勢手段の付勢力に抗して互いに離れる方向に移動するため、ベルトが２つのプーリ片の径が小さい部分に懸架されることになり、ベルトの張力が小さい場合には、２つのプーリ片が付勢手段の付勢力により互いに近づく方向に移動するため、ベルトが２つプーリ片の径が大きい部分に懸架されることになる。したがって、２つのプーリ片と付勢手段とにより、ベルトの張力が大きくなるほど、ベルトが懸架される部分における径が小さくなるような可変プーリを容易に形成することができる。
【００１０】
第３の発明に係る自動変速装置は、第１又は第２の発明に係る自動変速装置であって、前記車輪用プーリが前記可変プーリによって構成されており、前記張力変更手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度が速いほど、前記ベルトの張力が大きくなるように、前記ベルトの張力を変化させることを特徴とするものである。
【００１１】
これによると、車輪の回転速度が遅い場合には、ベルトの張力が小さくなることにより、可変プーリである車輪用プーリにおけるベルトが懸架される部分の径が大きくなり、車輪用プーリにおけるベルトが懸架される部分の径に対するクランクプーリの径の比が小さくなる。これにより、クランクプーリの回転量に対する車輪用プーリの回転量が小さくなり、ペダルを回転させるのに必要な力が小さくなる。
【００１２】
一方、車輪の回転速度が速い場合には、ベルトの張力が大きくなることにより、可変プーリである車輪用プーリにおけるベルトが懸架された部分の径が小さくなり、車輪用プーリにおけるベルトが懸架される部分の径に対するクランクプーリの径の比が大きくなる。これにより、クランクプーリの回転量に対する車輪用プーリの回転量が大きくなり、ペダルの回転速度を増加させたときに、車輪用プーリの回転速度を大きく増加させることができる。
【００１３】
第４の発明に係る自動変速装置は、第１又は第２の発明に係る自動変速装置であって、前記クランクプーリが前記可変プーリによって構成されており、前記張力変更手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度が速いほど、前記ベルトの張力が小さくなるように、前記ベルトの張力を変化させることを特徴とするものである。
【００１４】
これによると、車輪の回転速度が遅い場合には、ベルトの張力が大きくなることにより、可変プーリであるクランクプーリにおけるベルトが懸架される部分の径が小さくなり、車輪用プーリの径に対するクランクプーリにおけるベルトが懸架される部分の径の比が小さくなる。これにより、クランクプーリの回転量に対する車輪用プーリの回転量が小さくなり、ペダルを回転させるのに必要な力が小さくなる。
【００１５】
一方、車輪の回転速度が速い場合には、ベルトの張力が小さくなることで、可変プーリであるクランクプーリにおけるベルトが懸架される部分の径が大きくなり、車輪用プーリの径に対するクランクプーリにおけるベルトが懸架される部分の径の比が大きくなる。これにより、クランクプーリの回転量に対する車輪用プーリの回転量が大きくなり、ペダルの回転速度を増加させたときに、車輪用プーリの回転速度を大きく増加させることができる。
【００１６】
第５の発明に係る自動変速装置は、第１〜第４のいずれかの発明に係る自動変速装置であって、前記張力変更手段が、所定の支点を中心として揺動可能に構成されたアームと、前記アームに接続されており、前記ベルトが懸架されるテンションプーリと、前記アームを揺動させるモータとを有していることを特徴とするものである。
【００１７】
これによると、ベルトが懸架されたテンションプーリと接続されたアームを揺動させることにより、容易にベルトの張力を変化させることができる。
【００１８】
第６の発明に係る自動変速装置は、第５の発明に係る自動変速装置であって、前記車輪用プーリに固定されているとともに、前記ベルトが懸架されるアイドラプーリをさらに備えており、前記アームが、前記アイドラプーリの中心を支点として揺動可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
これによると、アームの支点がアイドラプーリの中心に位置しているので、自転車の構成が簡単になる。
【００２０】
第７の発明に係る自動変速装置は、第５又は第６の発明に係る自動変速装置であって、前記張力変更手段が、前記アームの揺動角度を決定する角度決定手段とをさらに備えており、前記角度決定手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度に応じて、前記アームの揺動角度を決定し、前記モータは、前記角度決定手段により決定された角度だけ、前記アームを揺動させることを特徴とするものである。
【００２１】
これによると、アームを、車輪の回転速度に応じて決定された角度だけ揺動させることにより、容易に、車輪の回転速度に応じてベルトの張力を変化させることができる。
【００２２】
第８の発明に係る自動変速装置は、第５〜第７のいずれかの発明に係る自動変速装置であって、前記車輪の回転速度に対応する前記アームの揺動角度が互いに異なる複数のモードで動作可能であり、前記張力変更手段が、前記複数のモードのうち、いずれのモードで動作させるかを決定するモード決定手段をさらに備えており、前記角度決定手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度と、前記モード決定手段により決定されたモードとに応じて、前記アームの揺動角度を決定することを特徴とするものである。
【００２３】
これによると、車輪の回転速度に対応するアームの揺動角度、つまり、車輪の回転速度に対応するベルトの張力が互いに異なる複数のモードで動作することができるようにすることにより、例えば、力の強い人が自転車に乗る場合などに適した、ペダルを回転させるのに必要な力は大きくなるものの、ペダルの回転速度を増加させたときには、車輪の回転速度が特に大きく増加するような変速と、これとは逆に、力の弱い人が自転車に乗る場合などに適した、ペダルの回転速度を増加させたときに、車輪回転速度はそれほど大きく増加しないものの、ペダルを回転させるのに必要な力が小さくてすむような変速とを切り替えることなどが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ベルトの張力が小さい場合には、可変プーリにおけるベルトが懸架される部分における径が大きくなり、ベルトの張力が大きい場合には、可変プーリにおけるベルトが懸架される部分の径が小さくなる。したがって、回転速度検出手段により検出した車輪の回転速度に応じて、張力変更手段によりベルトの張力を変化させることにより、可変プーリにおけるベルトが懸架される部分の径を自動的に変化させて変速を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明における実施の形態に係る自転車の概略構成図であり、（ａ）が、アームが最大限時計回りに揺動した状態、（ｂ）が、アームが最大限反時計回りに揺動した状態をそれぞれ示している。
【図２】図１（ａ）を矢印ＩＩの方向から見た図である。
【図３】図１（ｂ）を矢印ＩＩＩの方向から見た図である。
【図４】アームを揺動させる揺動制御装置のブロック図である。
【図５】車輪の回転速度と、車輪用プーリにおけるベルトが懸架される部分の径との関係を示す図である。
【図６】ペダルの回転速度と、車輪の回転速度との関係を示す図である。
【図７】変形例１の図３相当の図である。
【図８】変形例１の図２相当の図である。
【図９】変形例２の図５相当の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態に係る自転車の一部を示す概略構成図であり、（ａ）が、後述するアーム１６が最大限時計回りに揺動した状態、（ｂ）が、アーム１６が最大限反時計回りに揺動した状態をそれぞれ示している。図２は図１（ａ）を矢印ＩＩの方向から見た図である。図３は図１（ｂ）を矢印ＩＩＩの方向から見た図である。ただし、図面を分かりやすくするため、図２、図３においては、後述する、アイドラプーリ７、テンションプーリ８、アーム１６などの図示を省略している。
【００２８】
図１〜図３に示すように、自転車１は、ペダル２及び車輪３と、ペダル２の回転を車輪３に伝達するためのベルト４、クランクプーリ５、車輪用プーリ６、アイドラプーリ７及びテンションプーリ８とを有している。ペダル２及び車輪３の構成は、従来の自転車のものと同様であるので、ここではその詳細な説明は省略する。なお、車輪３の回転速度は、後述する回転速度センサ１９（図４参照）により検出される。
【００２９】
ベルト４は、クランクプーリ５、車輪用プーリ６、アイドラプーリ７及びテンションプーリ８に懸架された無端状のベルトであり、図２、図３に示すように、内周側の部分ほどその幅が狭くなった略台形の断面形状を有するいわゆるＶベルトである。
【００３０】
クランクプーリ５は、ペダル２の回転軸２ａと接続されており、ペダル２を回転させると、回転軸２ａとともにクランクプーリ５が回転する。
【００３１】
車輪用プーリ６は、車輪の回転軸３ａにボルト１４により固定されており、車輪用プーリ６が回転することにより車輪３が回転する。また、車輪用プーリ６は、いわゆる可変プーリであって、２つのプーリ片１１、１２及びバネ１３を有している。
【００３２】
２つのプーリ片１１、１２は、回転軸３ａの延在方向（図２、図３の左右方向）に配列されることで互いに対向しており、回転軸３ａと一体に回転する。また、プーリ片１１、１２は、互いの対向面に近い部分ほどその径が小さくなっている。つまり、プーリ片１１は図２、図３の右側の部分ほどその径が小さくなっており、プーリ片１２は、図２、図３の左側の部分ほどその径が小さくなっている。そして、ベルト４は、プーリ片１１、１２のこの径が変化している部分に懸架される。
【００３３】
プーリ片１１は、車輪３の回転軸３ａに固定されており、プーリ片１２は、回転軸３ａの延在方向（図２、図３の左右方向）に移動可能となっている。すなわち、プーリ片１１とプーリ片１２とは、回転軸３ａの延在方向に相対移動可能となっている。ただし、プーリ１２は回転軸３ａの回転方向に対する周り止めを有しており、回転軸３ａが回転したときにのみ回転する。バネ１３は図２、図３におけるプーリ片１２の右側に配置されており、プーリ片１２をプーリ片１１に向かって図２、図３の左方に（プーリ片１１とプーリ片１２とが互いに近づく方向に）付勢している。
【００３４】
これにより、車輪用プーリ６においては、後述するようにベルト４の張力が小さい場合には、バネ１３の付勢力によりプーリ片１２がプーリ片１１に近づき（図２、図３の左方に移動し）、これより、ベルト４がクランクプーリ５の外周側に押し出され、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が大きくなる。
【００３５】
一方、ベルト４の張力が大きくなると、プーリ片１２はベルト４によりその内周側に押され、これにより、バネ１３の付勢力に抗してプーリ片１１から離れる（図２、図３の右方に移動する）。これにより、ベルト４が車輪用プーリ６の内周側に食い込み、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が小さくなる。
【００３６】
アイドラプーリ７は、自転車１本体に固定された連結部材１５のベアリングを介して回転自在になっている。テンションプーリ８は、アーム１６により、アイドラプーリ７と連結されている。
【００３７】
アーム１６は、アイドラプーリ７の中心に位置する支点１６ａを中心として、図１（ａ）に示す位置と図１（ｂ）に示す位置との間で揺動可能となっている。そして、アーム１６が揺動するのに連動して、アーム１６に連結されたテンションプーリ８も支点１６ａを中心として揺動する。
【００３８】
そして、アーム１６が図１の反時計回りに揺動して図１（ｂ）に示す位置に近づくほど、ベルト４が、テンションプーリ８によりその外周側に大きく押し広げられ、その結果、ベルト４の張力が大きくなる。
【００３９】
このように、本実施の形態では、ベルト４が懸架されたテンションプーリ８と接続されたアーム１６を揺動させることにより、ベルト４の張力を容易に変化させることができる。また、アーム１６の支点１６ａがアイドラプーリ７の中心に位置しているので、自転車１の構成が簡単になる。
【００４０】
次に、アーム１６を揺動させる揺動ユニットについて説明する。図４は、アーム１６を揺動させる揺動ユニット２０のブロック図である。揺動ユニット２０は、モード決定部２１、角度決定部２２、モータ２３などを有している。なお、本実施の形態においては、テンションプーリ８、アーム１６及び揺動ユニット２０をあわせたものが、本発明に係る張力変更手段に相当する。
【００４１】
ここで、自転車１においては、所定の通常モードのほか、後述するように、力の弱い人が自転車１に乗る場合などに適した、ペダル２の回転速度を増加させても、車輪３の回転速度は通常モードの場合ほど大きくは増加しないものの、ペダル２を回転させるのに必要な力が通常モードよりも小さいモード（以下、低速モードとする）、及び、力の強い人が自転車１に乗る場合などに適した、ペダル２を回転させるのに必要な力は通常モードよりも大きくなってしまうものの、ペダル２の回転速度を増加させたときに、車輪３の回転速度を通常モードよりも大きく増加させることができるモード（高速モード）のいずれかのモードに切り替えることできるようになっている。
【００４２】
また、上記標準モード、低速モード及び高速モードは、自転車１に乗る人が自転車１に設けられたスイッチ１８を操作することにより選択される。モード決定部２１は、スイッチ１８による操作を受けて、通常モード、低速モード及び高速モードのいずれのモードで動作させるかを決定する。
【００４３】
角度決定部２２は、モード決定部２１により決定されたモード、及び、回転速度センサ１９より検出された車輪３の回転速度に応じて、図１（ａ）に示す位置からのアーム１６の反時計回りの揺動角度を決定する。より詳細には、回転速度センサ１９により検出された車輪の回転速度が速いほど、アーム１６が図１（ａ）に示す位置から揺動角度が大きくなるように揺動角度を決定する。また、車輪３の各回転速度に対応する揺動角度は、高速モード、標準モード、及び、低速モードの順に揺動角度が大きくなる（互いに異なる）ようにする。
【００４４】
モータ２３は、例えばステッピングモータなどである。モータ２３は、アーム１６の支点１６ａに接続されており、角度決定部２２により決定された揺動角度だけアーム１６を揺動させる。
【００４５】
これにより、アーム１６の揺動に連動して、テンションプーリ８が、角度決定部２２により決定された角度だけ揺動し、その結果、ベルト４の張力が変化する。そして、このように、アーム１６を、車輪３の回転速度に応じて角度決定部２２において決定された角度だけ揺動させることにより、容易に、車輪３の回転速度に応じてベルト４の張力を変化させることができる。
【００４６】
次に、自転車１における変速動作について説明する。図５は、車輪３の回転速度Ｒ（自転車１の走行速度）と車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径Ｄとの関係を示す図である。図６は、ペダル２の回転速度Ｐと車輪３の回転速度Ｒとの関係を示す図である。
【００４７】
自転車１は、停止時においては、図１（ａ）、図２に示すように、アーム１６が最大限、図１の時計回りに揺動した状態となっており、ベルト４の張力が最小となっている。これにより、図２に示すように、車輪用プーリ６を構成するプーリ片１２が、バネ１３の付勢力によりプーリ片１１に当接している、つまり、最大限プーリ片１１に近接している。したがって、ベルト４が、車輪用プーリ６の外周側に最大限押し出された状態となり、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が最大（Ｄ１）となっている。
【００４８】
停止した状態の自転車１を発進させる場合や、登り坂にかかって車輪３の回転速度が遅い場合などには、ペダル２を回転させるために比較的大きな力が必要となるが、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が最大（Ｄ１）となっているため、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が小さくなる。これにより、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が小さくなり、その結果、ペダル２を回転させるために必要な力が小さくなる。
【００４９】
ただし、この状態では、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が小さいため、図６に示すように、ペダル２の回転速度を上げても、車輪３の回転速度はそれほど大きくは増加しない。
【００５０】
そして、標準モードの場合には、車輪３の回転速度が所定の回転速度Ｒ１よりも遅いときには、この状態を保持し、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ１以上となったときに、車輪３の速度増加に合わせてアーム１６を連続的に揺動させることにより、図５に示すように、車輪３の回転速度が速くなるほど、アーム１６を大きく図１の反時計回りに揺動させる。つまり、図１（ａ）に示す状態から図１（ｂ）に示す状態（図２に示す状態から図３に示す状態）に近づけていく。
【００５１】
ここで、アーム１６を大きく図１の反時計回りに揺動させるほど、ベルト４がその外周側に広げられて、ベルト４の張力が大きくなる。そして、ベルト４の張力が大きくなると、プーリ片１２がバネ１３の付勢力に抗してプーリ片１１から離れる（図２、図３の右方に移動する）。これにより、ベルト４が車輪用プーリ６の内周側に食い込み、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が小さくなる。その結果、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が大きくなる。
【００５２】
そして、標準モードの場合には、車輪３の回転速度が所定の回転速度Ｒ２となったときに、図１（ｂ）、図３に示すように、アーム１６が最大限反時計回りに揺動した状態となり、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ２以上であるときにはこの状態に保持される。このとき、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が最小（Ｄ２）となっている。
【００５３】
そして、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が大きくなると、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が大きくなり、図６に示すように、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ１以上の場合には、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ１よりも遅いときと比較して、ペダル２の回転速度を増加させたときに、車輪３の回転速度を大きく増加させることが可能となる。すなわち、ペダル２を踏み込む速度が特に大きくなくても速く走ることができる。
【００５４】
また、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ２以上である場合には、それ以上アーム１６が揺動しないため、図６に示すように、ペダル２の回転速度を増加に対する車輪３の回転速度の増加の割合が、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ１と上記回転速度Ｒ２の間である場合よりも小さくなる。
【００５５】
一方、車輪３の回転速度が減少する場合には、上述したのとは逆となる。すなわち、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ２以上のときには、図１（ｂ）、図３に示すように、アーム１６が最大限反時計回りに揺動し、ベルト４の張力が最大（車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径が最小（Ｄ２））となっている。
【００５６】
車輪３の回転速度が回転速度Ｒ２よりも遅くなると、車輪３の回転速度が遅くなるほどアーム１６が図１の時計回りに揺動し、これにより、ベルト４の張力が小さくなる（車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径が大きくなる）。そして、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ１となったときに、アーム１６が最大限時計回りに揺動し、ベルト４の張力が最小（車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径が最大（Ｄ１））となる。また、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ１よりも遅いときには、アーム１６が最大限時計回りに揺動した状態に保持される。
【００５７】
なお、低速モードの場合には車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ１よりも速い回転速度Ｒ１’となったとき、高速モードの場合には車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ１よりも遅い回転速度Ｒ１’’となったときに、それぞれ、図５に示すようにアーム１６を揺動させ始める（車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径を減少させ始める）。これにより、車輪３の各回転速度に対応するアーム１６の揺動角度、つまり、車輪３の各回転速度に対応するベルト４の張力が、高速モード、標準モード及び低速モードの順に大きくなる。
【００５８】
これにより、低速モードの場合には、通常モードと比較して、車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が小さくなり、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する、車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が小さくなる。したがって、低速モードの場合には、ペダル２の回転速度を増加させても、車輪３の回転速度は、通常モードの場合ほど大きくは増加しないものの、ペダル２を回転させるのに必要な力は通常モードよりも小さくなる。
【００５９】
一方、高速モードの場合には、通常モードと比較して、車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が大きくなり、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する、車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が大きくなる。したがって、高速モードの場合には、ペダル２を回転させるために通常モードよりも大きな力を必要とするものの、ペダル２の回転速度を増加させたときに、車輪３の回転速度は、通常モードの場合よりも大きく増加する。
【００６０】
したがって、自転車１においては、例えば、力の弱い人が自転車１に乗る場合などには、低速モードに切り替えてペダル２を回転させるのに必要な力を小さくし、力の強い人が自転車１に乗る場合などには、高速モードに切り替えて車輪３を高速で回転させやすくするといったことなどが可能となる。
【００６１】
また、低速モードの場合には車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ２よりも速い回転速度Ｒ２’以上となったとき、高速モードの場合には、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ２よりも遅い回転速度Ｒ２’’以上となったときに、それぞれ、図１（ｂ）、図３、図５に示すように、アーム１６が最大限反時計回りに揺動した状態となる。
【００６２】
以上に説明した実施の形態によると、停止した状態の自転車１を発進させる場合や、登り坂にかかって車輪３の回転速度が遅い場合には、ペダル２を回転させるために比較的大きな力が必要となるが、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が最大となっているため、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が小さくなる。これにより、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が小さくなるため、ペダル２を回転させるために必要な力が小さくなる。
【００６３】
一方、車輪３の回転速度が速くなったときには、ベルト４の張力が大きくなることにより、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が小さくなり、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が大きくなる。これにより、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が大きくなり、ペダル２の回転速度を増加させたときに、車輪３の回転速度を大きく増加させることが可能となる。すなわち、ペダル２を踏み込む速度が特に大きくなくても速く走ることができる。
【００６４】
また、ベルト４が懸架されたテンションプーリ８と接続されたアーム１６を揺動させることにより、ベルト４の張力を容易に変化させることができる。また、このとき、アーム１６の支点１６ａがアイドラプーリ７の中心に位置しているので、自転車１の構成が簡単になる。
【００６５】
また、車輪３の回転速度に応じて角度決定部２２により決定された角度だけアーム１６を揺動させることにより、容易に、車輪３の回転速度に応じてベルト４の張力を変化させることができる。
【００６６】
また、自転車１においては、通常モード、低速モード及び高速モードの切り替えが可能であり、車輪３の各回転速度に対応するアーム１６の揺動角度、つまり、車輪３の各回転速度に対応するベルト４の張力が、高速モード、標準モード及び低速モードの順に大きくなっている。
【００６７】
このため、低速モードの場合には、通常モードと比較して、車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が小さくなり、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する、車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が小さくなる。したがって、低速モードの場合には、ペダル２の回転速度を増加させても、車輪３の回転速度は、通常モードの場合ほど大きくは増加しないものの、ペダル２を回転させるのに必要な力は通常モードよりも小さくなる。
【００６８】
一方、高速モードの場合には、通常モードと比較して、車輪用プーリ６のベルト４が懸架される部分の径に対するクランクプーリ５の径の比が大きくなり、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する、車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が大きくなる。したがって、高速モードの場合には、ペダル２を回転させるために通常モードよりも大きな力を必要とするものの、ペダル２の回転速度を増加させたときに、車輪３の回転速度は、通常モードの場合よりも大きく増加する。
【００６９】
したがって、自転車１においては、例えば、力の弱い人が自転車１に乗る場合などには、低速モードに切り替えてペダル２を回転させるのに必要な力を小さくし、力の強い人が自転車１に乗る場合などには、高速モードに切り替えて車輪３を高速で回転させやすくするといったことなどが可能となる。
【００７０】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有する部分については同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００７１】
上述の実施の形態では、車輪用プーリ６が可変プーリとなっていたが、これには限られない。一変形例では、図７、図８に示すように、車輪用プーリ３６は通常のプーリであり、クランクプーリ３５が、２つのプーリ片４１、４２及びバネ４３を有する可変プーリとなっている。
【００７２】
プーリ片４１、４２及びバネ４３は、それぞれ、プーリ片１１、１２及びバネ１３（図２、図３参照）と同様の構成を有するものである。すなわち、２つのプーリ片４１、４２は、ペダル２の回転軸２ａの延在方向（図７、図８の左右方向）に配列されることで互いに対向しており、ペダル２の回転軸２ａと一体に回転可能となっている。また、プーリ片４１、４２は、互いの対向面に近い部分ほどその径が小さくなっており、ベルト４は、プーリ片４１、４２のこの部分に懸架される。プーリ片４１は、回転軸２ａに固定されており、プーリ片４２は、回転軸２ａの延在方向（図７、図８の左右方向）に移動可能となっている。つまり、プーリ片４１とプーリ片４２とは、回転軸２ａの延在方向に相対移動可能となっている。バネ４３はプーリ片４２の右側に配置されており、プーリ片４２をプーリ片４１に向かって図７、図８の左方に付勢している。
【００７３】
これにより、クランクプーリ３５においては、ベルト４の張力が小さい場合には、バネ４３の付勢力によりプーリ片４２がプーリ片４１に近づき（図７、図８の左方に移動し）、これより、ベルト４がクランクプーリ３５の外周側に押し出され、クランクプーリ３５におけるベルト４を懸架する部分の径が大きくなる。
【００７４】
一方、ベルト４の張力が大きくなると、プーリ片４２はベルト４に押されることにより、バネ４３の付勢力に抗してプーリ片４１から離れる（図７、図８の右方に移動する）。これにより、ベルト４は、クランクプーリ３５の内周側に食い込む。すなわち、クランクプーリ３５におけるベルト４が懸架される部分の径が小さくなる（変形例１）。
【００７５】
この場合には、自転車１における変速動作は上述の実施の形態とは逆になる。すなわち、自転車１の停止時においては、図１（ｂ）、図７に示すように、アーム１６が最大限、図１の反時計回りに揺動した状態となっており、ベルト４の張力が最大限大きくなっている。これにより、図７に示すように、クランクプーリ３５を構成するプーリ片４２がバネ４３の付勢力に抗して最大限プーリ片４１から離れて位置しており、ベルト４は、最大限プーリ片４１、４２の内周側に食い込んでいる。すなわち、クランクプーリ３５におけるベルト４が懸架される部分の径が最小となっている。
【００７６】
停止した状態の自転車１を発進させる場合や、登り坂にかかって車輪３の回転速度が遅い場合などには、ペダル２を回転させるために比較的大きな力が必要となるが、クランクプーリ３５におけるベルト４が懸架される部分の径が最小となっているため、車輪用プーリ３６の径に対するクランクプーリ３５におけるベルト４が懸架される部分の径の比が小さくなっている。これにより、ペダル２の回転量に対する車輪用プーリ６の回転量が小さくなるため、ペダル２を回転させるために必要な力が小さくなる。
【００７７】
そして、車輪３の回転速度が所定の回転速度Ｒ１よりも遅いときには、この状態を保持し、車輪３の速度が所定の回転速度Ｒ１以上となったときに、車輪３の回転速度が速くなるほど、アーム１６を大きく図１の時計回りに揺動させて図１（ａ）図８に示す状態に近づける。そして、アーム１６を大きく図１の時計回りに揺動させるほど、ベルト４の張力が小さくなり、プーリ片４２がバネ４３の付勢力によりプーリ片４１に近づく（図７、図８の左方に移動する）。これにより、ベルト４がプーリ片４１、４２により押し出され、クランクプーリ３５におけるベルト４が懸架される部分の径が大きくなる。その結果、車輪用プーリ６の径に対するクランクプーリ５のベルト４が懸架される部分の径の比が大きくなる。
【００７８】
そして、車輪用プーリ６の径に対するクランクプーリ５のベルト４が懸架される部分の径の比が大きくなると、クランクプーリ５（ペダル２）の回転量に対する車輪用プーリ６（車輪３）の回転量が大きくなり、ペダル２の回転速度を増加させたときに、車輪３の回転速度を大きく増加させることが可能となる。すなわち、ペダル２を踏み込む速度が特に大きくなくても速く走ることができる。
【００７９】
一方、車輪３の回転速度が減少する場合には、上述したのとは逆となる。すなわち、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ２以上のときには、図１（ａ）、図８に示すように、アーム１６が最大限時計回りに揺動し、ベルト４の張力が最小（クランクプーリ３５のベルト４が懸架される部分の径が最大）となっている。
【００８０】
車輪３の回転速度が回転速度Ｒ２よりも遅くなると、車輪３の回転速度が遅くなるほどアーム１６が図１の反時計回りに大きく揺動し、これにより、ベルト４の張力が大きくなる（クランクプーリ３５のベルト４が懸架される部分の径が小さくなる）。そして、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ１となったときに、アーム１６が最大限反時計回りに揺動し、ベルト４の張力が最大（クランクプーリ３５のベルト４が懸架される部分の径が最小）となる。また、車輪３の回転速度が回転速度Ｒ１よりも遅いときには、アーム１６が最大限反対時計回りに揺動した状態に保持される。
【００８１】
また、本実施の形態では、標準モード、低速モード及び高速モードにおいて、アーム１６を揺動させ始める車輪３の回転速度を互いに異ならせることにより、同じ車輪３の回転速度に対して、アーム１６の揺動角度を異ならせたが、これには限られない。別の一変形例では、図９に示すように、標準モード、低速モード及び高速モードのいずれの場合にも、車輪３の回転速度が上記回転速度Ｒ１となったときにアーム１６を揺動させ始め、車輪３の回転速度の増加に対する車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径の減少の割合、すなわち、アーム１６の揺動角度の増加の割合を、高速モード、標準モード及び低速モードの順に大きくしている(変形例２)。この場合でも、車輪３の各回転速度に対するアーム１６の揺動角度、つまり、車輪３の各回転速度に対するベルト４の張力が、高速モード、標準モード及び低速モードの順で大きくなる。
【００８２】
なお、この場合には、車輪３の回転速度が、標準モードの場合には所定の回転速度Ｒ３以上のとき、低速モードの場合には上記回転速度Ｒ３よりも速い所定の回転速度Ｒ３’以上のとき、高速モードの場合には上記回転速度Ｒ３よりも遅い所定の回転速度Ｒ３’’以上のときに、それぞれ、図１（ｂ）、図３、図９に示すように、車輪用プーリ６におけるベルト４が懸架される部分の径が最小（Ｄ２）となる。
【００８３】
また、上述の実施の形態では、図５に示すように、車輪３の回転速度の変化に合わせてアーム１６の揺動角度を連続的に変化させることにより、車輪３の回転速度が速くなるほど、アーム１６を大きく図１の反時計回りに揺動させたが、これには限られず、車輪３の回転速度の変化に合わせて、アーム１６の揺動角度を段階的に変化させてもよい。
【００８４】
また、上述の実施の形態では、アーム１６の支点１６ａが、アイドラプーリ７の中心に位置していたが、アーム１６の支点１６ａが他の位置にあってもよい。
【００８５】
また、上述の実施の形態では、モータ２３がステッピングモータであったが、これには限られず、例えば、モータ２３がサーボモータであり、揺動ユニット２０に別途、アーム１６の揺動角度を検出するセンサが設けられていてもよい。この場合には、モータ２３が、このセンサにより検出されたアーム１６の揺動角度を参照しながら、アーム１６を角度決定部２２において決定された角度だけ揺動させればよい。
【００８６】
また、上述の実施の形態では、ベルト４が懸架されたテンションプーリ８と接続されたアーム１６を揺動させることにより、ベルト４の張力を変化させたが、これには限られず、別の方法によりベルト４の張力を変化させてもよい。
【００８７】
また、上述の実施の形態では、２つプーリ片１１、１２の一方であるプーリ片１１が回転軸３ａに固定されているとともに、他方であるプーリ片１２が移動可能に構成されており、プーリ片１２がバネ１３によりプーリ片１１に向かって付勢されていたが、これには限られず、プーリ片１１、１２の両方が車輪３の回転軸３ａの延在方向に個別に移動可能（プーリ片１１とプーリ片１２とが相対移動可能）に構成されており、プーリ片１１、１２に対してそれぞれバネ１３が設けられており、バネ１３により、プーリ片１１、１２が互いに近づく方向に付勢されていてもよい、すなわち、プーリ片１１がプーリ片１２に向かって（図２、図３の右方に）付勢されているとともに、プーリ片１２がプーリ片１１に向かって（図２、図３の左方に）付勢されていてもよい。
【００８８】
また、本実施の形態では、自転車１を、標準モード、低速モード及び高速モードの３つのモードで動作させることができるように構成されていたが、これには限られず、自転車１を、車輪３の各回転速度に対応するアーム１６の揺動角度が互いに異なる、２つあるいは４つ以上のモードで動作させることができるように構成されていてもよい。あるいは、自転車１において、モードを選択することができるようになっておらず、標準モードでのみ動作させることができるように構成されていなくてもよい。
【００８９】
また、以上の説明では、ベルト４がＶベルトであり、可変プーリが、２つのプーリ片及びバネを有する構成となっていたが、これには限られず、例えば、ベルト４の張力が大きくなるほど、可変プーリの径が小さくなるように変形するなど、ベルト４の張力が大きさに応じてベルト４の可変プーリに懸架される部分の径が変化するように構成されていれば、ベルト４及び可変プーリの構成は上述したのとは異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１ 自転車
２ ペダル
２ａ 回転軸
３ 車輪
３ａ 回転軸
４ ベルト
５ クランクプーリ
６ 車輪用プーリ
７ アイドラプーリ
８ テンションプーリ
１１、１２ プーリ片
１３ バネ
１６ アーム
１６ａ 支点
１９ 回転速度センサ
２０ 揺動制御装置
２１ モード決定部
２２ 角度決定部
２３ モータ
３５ クランクプーリ
３６ 車輪用プーリ
４１、４２ プーリ片
４３ バネ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車に用いられる自動変速装置であって、
前記自転車のペダルの回転軸とともに回転するクランクプーリと、
前記自転車の車輪の回転軸とともに回転する車輪用プーリと、
前記クランクプーリ及び前記車輪用プーリに懸架された無端状のベルトと、
前記ベルトの張力を変化させる張力変更手段と、
前記車輪の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備えており、
前記クランクプーリ及び前記車輪用プーリの一方が、前記ベルトの張力が大きくなるほどその前記ベルトが懸架される部分の径が小さくなる可変プーリにより構成されており、
前記張力変更手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度に応じて前記ベルトの張力を変化させることを特徴とする自動変速装置。
【請求項２】
前記ベルトがその内周側ほど幅が小さくなったＶベルトであって
前記可変プーリが、
前記ペダルの回転軸の延在方向に配列されることによって互いに対向しており、前記ペダルの回転軸と一体的に回転するとともに、前記ペダルの回転軸の延在方向に相対移動可能に構成された２つのプーリ片と、
前記２つのプーリ片の少なくとも一方を、前記２つのプーリ片が互いに近づく方向に付勢する付勢手段とを備えており、
前記２つのプーリ片は、前記ベルトが懸架される部分の径が、互いの対向面に近い部分ほど小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の自動変速装置。
【請求項３】
前記車輪用プーリが前記可変プーリによって構成されており、
前記張力変更手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度が速いほど、前記ベルトの張力が大きくなるように、前記ベルトの張力を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動変速装置。
【請求項４】
前記クランクプーリが前記可変プーリによって構成されており、
前記張力変更手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度が速いほど、前記ベルトの張力が小さくなるように、前記ベルトの張力を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動変速装置。
【請求項５】
前記張力変更手段が、
所定の支点を中心として揺動可能に構成されたアームと、
前記アームに接続されており、前記ベルトが懸架されるテンションプーリと、
前記アームを揺動させるモータとを有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自動変速装置。
【請求項６】
前記車輪用プーリに固定されているとともに、前記ベルトが懸架されるアイドラプーリをさらに備えており、
前記アームが、前記アイドラプーリの中心を支点として揺動可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の自動変速装置。
【請求項７】
前記張力変更手段が、
前記アームの揺動角度を決定する角度決定手段とをさらに備えており、
前記角度決定手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度に応じて、前記アームの揺動角度を決定し、
前記モータは、前記角度決定手段により決定された角度だけ、前記アームを揺動させることを特徴とする請求項５又は６に記載の自動変速装置。
【請求項８】
前記車輪の回転速度に対応する前記アームの揺動角度が互いに異なる複数のモードで動作可能であり、
前記張力変更手段が、
前記複数のモードのうち、いずれのモードで動作させるかを決定するモード決定手段をさらに備えており、
前記角度決定手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度と、前記モード決定手段により決定されたモードとに応じて、前記アームの揺動角度を決定することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の自動変速装置。
【請求項１】
自転車に用いられる自動変速装置であって、
前記自転車のペダルの回転軸とともに回転するクランクプーリと、
前記自転車の車輪の回転軸とともに回転する車輪用プーリと、
前記クランクプーリ及び前記車輪用プーリに懸架された無端状のベルトと、
前記ベルトの張力を変化させる張力変更手段と、
前記車輪の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備えており、
前記クランクプーリ及び前記車輪用プーリの一方が、前記ベルトの張力が大きくなるほどその前記ベルトが懸架される部分の径が小さくなる可変プーリにより構成されており、
前記張力変更手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度に応じて前記ベルトの張力を変化させることを特徴とする自動変速装置。
【請求項２】
前記ベルトがその内周側ほど幅が小さくなったＶベルトであって
前記可変プーリが、
前記ペダルの回転軸の延在方向に配列されることによって互いに対向しており、前記ペダルの回転軸と一体的に回転するとともに、前記ペダルの回転軸の延在方向に相対移動可能に構成された２つのプーリ片と、
前記２つのプーリ片の少なくとも一方を、前記２つのプーリ片が互いに近づく方向に付勢する付勢手段とを備えており、
前記２つのプーリ片は、前記ベルトが懸架される部分の径が、互いの対向面に近い部分ほど小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の自動変速装置。
【請求項３】
前記車輪用プーリが前記可変プーリによって構成されており、
前記張力変更手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度が速いほど、前記ベルトの張力が大きくなるように、前記ベルトの張力を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動変速装置。
【請求項４】
前記クランクプーリが前記可変プーリによって構成されており、
前記張力変更手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度が速いほど、前記ベルトの張力が小さくなるように、前記ベルトの張力を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動変速装置。
【請求項５】
前記張力変更手段が、
所定の支点を中心として揺動可能に構成されたアームと、
前記アームに接続されており、前記ベルトが懸架されるテンションプーリと、
前記アームを揺動させるモータとを有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自動変速装置。
【請求項６】
前記車輪用プーリに固定されているとともに、前記ベルトが懸架されるアイドラプーリをさらに備えており、
前記アームが、前記アイドラプーリの中心を支点として揺動可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の自動変速装置。
【請求項７】
前記張力変更手段が、
前記アームの揺動角度を決定する角度決定手段とをさらに備えており、
前記角度決定手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度に応じて、前記アームの揺動角度を決定し、
前記モータは、前記角度決定手段により決定された角度だけ、前記アームを揺動させることを特徴とする請求項５又は６に記載の自動変速装置。
【請求項８】
前記車輪の回転速度に対応する前記アームの揺動角度が互いに異なる複数のモードで動作可能であり、
前記張力変更手段が、
前記複数のモードのうち、いずれのモードで動作させるかを決定するモード決定手段をさらに備えており、
前記角度決定手段は、前記回転速度検出手段により検出された前記車輪の回転速度と、前記モード決定手段により決定されたモードとに応じて、前記アームの揺動角度を決定することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の自動変速装置。
【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２０１０−１６４０９６（Ｐ２０１０−１６４０９６Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３１０（Ｐ２００９−５３１０）
【出願日】平成２１年１月１４日（２００９．１．１４）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１４日（２００９．１．１４）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Ｆターム（参考）】
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