自転車用変速装置

【課題】構造が簡単で、汎用的に様々な自転車に取り付けられる内装式の自転車用変速装置を提供する。
【解決手段】ペダルの踏力により回転するクランク軸５１に固定した低速回転体１と、クランク軸５１に対し自由に回転可能な中速回転体２及び高速回転体３とを順次並べて配置し、フレーム５３に対し回転しない固定部材８を設け、低速回転体１に軸着した傘歯車１１を高速回転体３と固定部材８とに噛合させ、中速回転体２に軸着した傘歯車１４を高速回転体３と低速回転体１とに噛合させ、スプロケット６と一体化された爪受部材１７にラチェット爪２１，２２，２３を低速、中速及び高速回転体１，２，３にそれぞれ対応して設け、各回転体１，２，３の外周部にラチェット歯２４を形成し、外部から操作可能な切替部材２５の進退に伴い、ラチェット爪２２，２３とラチェット歯２４との係脱を切り替えて変速するように構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自転車のクランク軸部に設ける変速装置であって、傘歯車機構を使用したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、走行する路面の勾配に応じてペダルの踏み込み負荷を調整する自転車用変速装置として、スポーツ用の自転車には、多数段のスプロケットにチェーンを掛け替える外装式のものが装備されるが、日常の街乗り用自転車には、変速操作を容易かつスムーズに行える遊星歯車機構を使用した内装式のものが装備される場合が多い。
【０００３】
この内装式変速装置として、下記特許文献１には、フレームに組み込まれるギヤケースとペダルの踏力により回転するクランク軸に対して回動自在に従動回転体を設け、その一側にスプロケットを固定し、クランク軸と一体に回転するキャリヤに複数段の遊星歯車を軸支し、遊星歯車の各段内側にそれぞれ回動可能な太陽歯車を噛合させると共に、遊星歯車のいずれかの段の外側に従動回転体に設けた内歯歯車を噛合させ、キャリヤと従動回転体の間に回転速度差を吸収するラチェット機構を設け、各段の太陽歯車の回転を許容・阻止する一方向クラッチの切替操作を行うことにより、クランク軸に対して増速される内歯歯車を切り替えて変速を行うものが記載されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、フレームに固定されるギヤケースとペダルの踏力により回転するクランク軸に対して回動自在に、スプロケット及び大径の太陽歯車を一側及び他側に一体的に形成した従動回転体を設け、クランク軸と一体に回転するキャリヤに大小２段の遊星歯車を軸支し、遊星歯車の大径段内側にクランク軸に対して相対回転可能な小径の太陽歯車を噛合させ、遊星歯車の小径段内側に大径の太陽歯車を噛合させると共に、遊星歯車の各段外側にそれぞれ内歯歯車を噛合させ、小径の太陽歯車と従動回転体の間に回転速度差を吸収するラチェット機構を設け、各段の内歯歯車のギヤケースに対する回転を許容・阻止する一方向クラッチの切替操作を行うことにより、クランク軸に対して増速される太陽歯車を切り替えて変速を行うものが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６３０８１号公報
【特許文献２】特開平６−２９８１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような変速装置では、ラチェット機構や各段の太陽歯車又は内歯歯車に対応した一方向クラッチを構成する多数の部品が必要となり、構造が複雑になるという問題がある。
【０００７】
また、チェーンを掛けるスプロケットがギヤケースの側方に位置するので、変速装置のない自転車に後から取り付けることができないという問題もある。
【０００８】
そこで、この発明は、構造が簡単で、汎用的に様々な自転車に取り付けられる内装式の自転車用変速装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、この発明は、ペダルの踏力により回転するクランク軸の周りに、複数の回転体をフレームに対して回転可能に順次並べて配置し、フレームに対して回転しない固定部材を設け、いずれかの回転体をクランク軸に固定し、回転体と共にクランク軸の周りを公転する傘歯車を設け、傘歯車の両側を固定部材又は回転体に形成した環状傘歯に噛合させて、各回転体がそれぞれ異なる速度で回転するようにし、スプロケットと一体化された爪受部材にラチェット爪を各回転体に対応して設け、各回転体の外周部にラチェット歯を形成し、外部から操作可能な切替部材の進退に伴い、ラチェット爪とラチェット歯との係脱を切り替えて変速するようにしたのである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る自転車用変速機では、各回転体は常時回転しており、切替部材の進退に伴い、スプロケット側の爪受部材に設けたラチェット爪を回転体のラチェット歯に係脱させて変速するため、多段の遊星歯車、太陽歯車及び内歯歯車を設けてこれらの伝達経路を切り替える必要がなく、構造が簡素化されて製造コストが低減され、使用時における信頼性も向上し、コンパクトで様々な自転車に対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施形態に係る自転車用変速装置を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
この変速装置は、図１乃至図４に示すように、自転車に取り付けた状態において、ペダルの踏力により回転するクランク軸５１の周りに、円盤状の低速回転体１、中速回転体２及び高速回転体３をクランクアーム５２側からフレーム５３側へ順次並べて配置し、低速回転体１側をユニットカバー４で覆うように構成されている。ユニットカバー４の外周にはクランクアーム５２が取り付けられている。
【００１３】
低速回転体１の内周側には、フレーム５３側へ延びるボス部材５がクランク軸５１と一体に回転するように角軸部に嵌められて、クランク軸５１にボルト５４で固定され、低速回転体１及びユニットカバー４はボス部材５に固定されている。中速回転体２及び高速回転体３は、クランク軸５１に対して自由に回転可能とされている。
【００１４】
低速回転体１、中速回転体２及び高速回転体３の外周側には、チェーンを掛けるスプロケット６の内径側にスプロケット６と一体化された従動環体７が設けられ、この従動環体７は、ユニットカバー４に対してベアリングを介し自由に回転可能に保持されている。また、フレーム５３側には回転しない固定部材８が設けられ、固定部材８とボス部材５の間にはベアリングが設けられている。
【００１５】
ボス部材５の外周には、クランク軸５１と軸線が直交する傘歯車１１が対向して２個軸着され、この傘歯車１１は、高速回転体３の内周部と固定部材８の端壁部とにそれぞれ形成された環状傘歯１２，１３に噛合している。
【００１６】
中速回転体２の内周部にも、クランク軸５１と軸線が直交する傘歯車１４が対向して２個軸着され、この傘歯車１４は、高速回転体３の中間部と低速回転体１の中間部とにそれぞれ形成された環状傘歯１５，１６に噛合している。
【００１７】
従動環体７の内周側には、爪受部材１７が従動環体７と一体に回転するように取り付けられ、この爪受部材１７の穴部には、各回転体１，２，３にそれぞれ対応するラチェット爪２１，２２，２３が４個ずつ設けられている。ラチェット爪２１，２２，２３は、爪受部材１７との間に介在するばねで突出方向に付勢され、各回転体１，２，３の外周部に形成されたラチェット歯２４に係合するようになっている。
【００１８】
高速回転体３のフレーム５３側には切替部材２５が設けられ、この切替部材２５は、円環部の外周から突出する押圧片２６が爪受部材１７の空隙内をスライドしてラチェット爪２３，２２に対し進退するようになっている。切替部材２５は、スプリングによりラチェット爪２３から離反する方向に付勢され、押圧片２６の先端は、ラチェット爪２３の後部に向かって傾斜している。
【００１９】
固定部材８の外周にはリードの大きい切替ねじ２７が刻設され、この切替ねじ２７に螺合する切替リング２８は、そのフランジが切替部材２５の円環部に当接しつつ、ハンドル又はペダル付近に取り付けた操作レバーからの操作により固定部材８の外周に沿って回転し、クランク軸５１の軸方向に移動して、切替部材２５を進退させる。
【００２０】
このような変速装置では、クランク軸５１を回転させると、低速回転体１は、クランク軸５１と同一の速度で回転し、高速回転体３は、傘歯車１１の作用により、クランク軸５１の２倍の速度に増速されて回転し、中速回転体２は、傘歯車１４の作用により、クランク軸５１の１．５倍の速度に増速されて回転する。
【００２１】
そして、図１に示すように、切替部材２５が最も後退した位置にあるときには、切替部材２５は高速回転体３に対応するラチェット爪２３から離れているので、突出方向に付勢されたラチェット爪２３とラチェット歯２４との係合状態が維持され、高速回転体３の回転がラチェット爪２３を介してスプロケット６へ伝達される。
【００２２】
このとき、ラチェット爪２２，２１のラチェット歯２４に対する滑動作用により、中速回転体２及び低速回転体１と従動環体７との相対回転が許容されるので、中速回転体２及び低速回転体１は、動力の伝達とは関係なく、それぞれ高速回転体３より低速の固有の速度で回転している。
【００２３】
一方、変速操作に伴い、図５に示すように、切替リング２８を１段階回転させて、切替部材２５を中間位置まで前進させると、切替部材２５の押圧片２６が高速回転体３に対応するラチェット爪２３を押圧して揺動させ、ラチェット爪２３とラチェット歯２４との係合が解除されるので、高速回転体３からの回転伝達は遮断され、中速回転体２の回転がラチェット爪２２を介してスプロケット６へ伝達される。
【００２４】
さらに、図６に示すように、切替リング２８を２段階回転させて、切替部材２５を最も前進した位置まで押し込むと、切替部材２５の押圧片２６が中速回転体２に対応するラチェット爪２２を押圧して揺動させ、ラチェット爪２２とラチェット歯２４との係合も解除されるので、中速回転体２からの回転伝達も遮断され、クランク軸５１の回転が低速回転体１のラチェット爪２１を介して増速されることなくスプロケット６へ伝達される。
【００２５】
また、この状態から逆の変速操作を行うと、スプリングの付勢力により切替リング２８が逆回転し、切替部材２５がラチェット爪２２，２３から離反するように後退して、ラチェット爪２２，２３とラチェット歯２４とが再度係合するので、クランク軸５１の回転が増速される状態となる。
【００２６】
このような変速装置では、駆動力の伝達経路を切り替えるラチェット爪２１，２２，２３を、異なる速度で回転する回転体１，２，３の外周部ではなく、従動環体７と一体に回転する爪受部材１７に取り付けているので、ラチェット爪２１，２２，２３を共通の軸で支持することができ、コンパクト化を図れると共に、組立作業性や耐久性に優れたものとすることができる。
【００２７】
なお、このようなラチェット爪２１，２２，２３の取付構造を適用して、上記実施形態のように、スプロケット６の回転がクランク軸５１に対して増速される変速装置だけでなく、傘歯車１１を取付又は噛合させる回転体を変更することにより、スプロケット６の回転がクランク軸５１に対して減速される変速装置を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施形態に係る変速装置の高速伝達状態を示す縦断側面図
【図２】同上の高速回転体の噛合状態をクランクアーム側から示す図
【図３】同上の中速回転体の噛合状態をフレーム側から示す図
【図４】同上の低速回転体の噛合状態をフレーム側から示す図
【図５】同上の変速装置の中速伝達状態を示す縦断側面図
【図６】同上の変速装置の低速伝達状態を示す縦断側面図
【符号の説明】
【００２９】
１低速回転体
２中速回転体
３高速回転体
４ユニットカバー
５ボス部材
６スプロケット
７従動環体
８固定部材
１１傘歯車
１２，１３環状傘歯
１４傘歯車
１５，１６環状傘歯
２１，２２，２３ラチェット爪
２４ラチェット歯
２５切替部材
２６押圧片
２７切替ねじ
２８切替リング
５１クランク軸
５２クランクアーム
５３フレーム
５４ボルト

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルの踏力により回転するクランク軸の周りに、複数の回転体をフレームに対して回転可能に順次並べて配置し、フレームに対して回転しない固定部材を設け、いずれかの回転体をクランク軸に固定し、回転体と共にクランク軸の周りを公転する傘歯車を設け、傘歯車の両側を固定部材又は回転体に形成した環状傘歯に噛合させて、各回転体がそれぞれ異なる速度で回転するようにし、スプロケットと一体化された爪受部材にラチェット爪を各回転体に対応して設け、各回転体の外周部にラチェット歯を形成し、外部から操作可能な切替部材の進退に伴い、ラチェット爪とラチェット歯との係脱を切り替えて変速するようにした自転車用変速装置。

【図１】