JP2004001650A

JP2004001650A - 自転車用無段変速装置

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Publication number: JP2004001650A
Application number: JP2002160804A
Authority: JP
Inventors: Shinya Matsumoto; 松本　真也; Naoki Inoue; 井上　直樹; Yoshiaki Tsukada; 塚田　善昭
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: EP1366978B1; DE60300089D1; DE60300089T2; TW593059B; EP1366978A1; JP4115166B2; TW200306931A; US20030221892A1; US7004487B2

Abstract

【課題】自転車の操縦性を良好にすると共に、地面との接触することが殆どなく、さらにコスト削減が可能な自転車用無段変速装置を提供する。
【解決手段】自転車用無段変速装置Ｔは、ペダル式クランク軸１２により回転駆動される入力軸の回転運動を揺動運動に変換する複数のリンクユニットを有する変速機構と、該揺動運動を出力軸１６の回転運動に変換する一方向クラッチとを備える。リンクユニットの駆動リンクは、入力軸と一体に回転する偏心リングに枢支され、無段変速装置Ｔは、前後方向で自転車Ｂの前輪Ｗ_Ｆと後輪Ｗ_Ｒとの間で、前輪Ｗ_Ｆおよび後輪Ｗ_Ｒの回転軸線を含む仮想平面Ｈ２または仮想平面Ｈ２の下方近傍よりも上方に配置される。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自転車の無段変速装置に関し、詳細には、入力軸の回転運動を揺動運動に変換する複数のリンクユニットと、該揺動運動を出力軸の回転運動に変換する一方向クラッチと、出力軸の回転速度を無段階に変速するための変速操作機構とを備える無段変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の自転車用無段変速装置として、特開昭５４−１２０１４６号公報に開示されたものが知られている。後輪の車軸近傍に配置されたこの無段変速装置は、ペダルの駆動スプロケットからチェーンを介して被動スプロケットに伝達されるトルクで回転駆動されるクランクシャフトと、クランクシャフトの偏心ピンに枢支されたクランクロッドと、中間軸に設けられたワンウェイクラッチと、一端がワンウェイクラッチの駆動側部材に枢着されて他端がクランクロッドに枢着された送りロッドと、中間軸の回転が伝達される出力軸と、クランクロッドと送りロッドとを連結する連結ピンと、枢軸が一体に設けられた回動片と、一端部で連結ピンに枢着され他端部で枢軸に枢着されたリンクとを備える。そして、回動片を揺動させて枢軸の位置を変更することにより変速比が無段階に変速される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来技術では、重量物である変速装置が、車体の重心から離れた部位である後輪の車軸近傍に位置するため、自転車の操縦性が良好とはいえず、しかも変速装置の一部は前記車軸よりも下方に位置するため、起伏が著しい箇所を走行するときには、地面と接触する虞がある。また、無段変速装置のクランクシャフトの回転速度を増速するための増速機構でもある駆動スプロケットを大径のものとすると、やはり地面と接触する虞があるうえ、増速機構を車体フレームに対する配置の自由度が小さくなる困難になる。さらに、機種に対応してまたは仕様の変更により、クランクロッドの揺動範囲を変更して、変速比の範囲を変更する場合には、クランクシャフト自体を交換する必要があって、無段変速装置のコストが高くなる難点がある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜請求項３記載の発明は、自転車の操縦性を良好にすると共に、地面との接触することが殆どなく、さらにコスト削減が可能な自転車用無段変速装置を提供することを目的とする。そして、請求項２記載の発明は、さらに、無段変速装置および駆動側回転体の地面との接触を一層回避することを目的とし、請求項３記載の発明は、さらに、増速機構をコンパクトにして、車体フレームに対する配置の自由度を大きくすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、それぞれが複数の変速リンクから構成されて、ペダル式クランク軸により回転駆動される入力軸の回転運動を揺動運動に変換する複数のリンクユニットを有する変速機構と、前記各リンクユニットに連結されて該リンクユニットの揺動運動を前記出力軸の回転運動に変換する一方向クラッチと、一端部で前記各リンクユニットに枢着された変速操作リンクの他端部を移動させることにより前記出力軸の回転速度を無段階に変速するための変速操作機構と、を備える無段変速装置であって、前記各リンクユニットの前記複数の変速リンクのうちの駆動リンクが、前記入力軸と一体に回転するように結合された偏心リングに枢支され、前記無段変速装置は、前後方向で自転車の前輪と後輪との間で、前記前輪の回転軸線および前記後輪の回転軸線を含む仮想平面または該仮想平面の下方近傍よりも上方に配置された自転車用無段変速装置である。
【０００６】
これにより、偏心リングを交換することで、入力軸を交換することなく、駆動リンクの揺動範囲を変更して、変速比の範囲を容易に変更することができる。また、無段変速装置は、前記従来技術に比べて、車体の重心近い位置に配置されると共に、地面から離れた位置に配置される。
この結果、請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、無段変速装置は、前輪と後輪との間で、前輪および後輪のそれぞれの回転軸線を含む仮想平面または該仮想平面の下方近傍よりも上方に配置されることにより、自転車の操縦性が良好になると共に、無段変速装置は、地面と接触することが殆どない。さらに、各リンクユニットの駆動リンクが、入力軸と結合された偏心リングに枢支されることにより、機種に対応してまたは仕様の変更により、駆動リンクの揺動範囲を変更して変速比の範囲を変更する場合にも、偏心リングを交換することで、変速比の範囲を容易に変更することができるうえ、入力軸は共通の部品として使用できるので、無段変速装置のコストを削減することができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の自転車用無段変速装置において、前記出力軸の端部には、動力伝達用の無端伝動帯が掛けられた駆動側回転体が前記無段変速装置のケースの外側で結合され、前記駆動側回転体および前記無段変速装置は、車体フレームの最下端よりも上方に配置されたものである。
【０００８】
これにより、無段変速装置の外側に位置する駆動側回転体および無段変速装置が地面と接触することを、より下方に位置する車体フレームの最下端により防止することができる。
この結果、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、出力軸の端部に無段変速装置のケースの外側で結合された駆動側回転体および無段変速装置は、車体フレームの最下端よりも上方に配置されることにより、無段変速装置および駆動側回転体の地面との接触を、一層回避することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の自転車用無段変速装置において、前記クランク軸と、前記クランク軸に平行に配置されたアイドル軸と、前記クランク軸および前記アイドル軸に設けられて前記クランク軸の回転速度を増速して前記入力軸に伝達する増速ギヤ列とが、前記無段変速装置のケース内に配置されたものである。
【００１０】
これにより、クランク軸の回転速度を増速して入力軸に伝達する増速機構が、無段変速装置のケース内で、クランク軸とアイドル軸とを利用して、それら両軸に設けられた増速ギヤ列から構成される。
この結果、請求項３記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、クランク軸およびアイドル軸に設けられてクランク軸の回転速度を増速して入力軸に伝達する増速ギヤ列が、無段変速装置のケース内に配置されたことにより、増速機構をコンパクトにすることができると共に、車体フレームに対する配置の自由度、ひいては車体フレームに対する無段変速装置の配置の自由度が大きくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１〜図１５を参照して説明する。
本発明の無段変速装置が装備された自転車の左側面図である図１を参照すると、自転車Ｂは、ダウンヒル用の自転車であり、起伏が著しい箇所がある林道などに高速コーナやジャンプセクションを設けた未舗装のコースを下ることによりタイムを競う競技に使用される。
【００１２】
自転車Ｂの車体フレームＲは、下端部で前輪Ｗ_Ｆを軸支する左右１対のフロントフォーク５を操舵可能に支持するヘッドパイプ１と、ヘッドパイプ１から後方斜め下方に延びる左右１対のメインフレーム２と、両メインフレーム２の前端部からその下方において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２の中央部から延びてサドル６を支持するサドルフレーム４とを備える。
【００１３】
両メインフレーム２の後部に取り付けられたピボット軸７には、後端部で後輪Ｗ_Ｒを回転可能に支持する車軸９を支持する左右１対のスイングアーム８の前端部が回動可能に支持される。スイングアーム８は、サスペンション１０を介してメインフレーム２の中央部に連結されることで、ピボット軸７を中心に上下方向に揺動可能である。また、前後方向で前輪Ｗ_Ｆと後輪Ｗ_Ｒとの間で、かつ両メインフレーム２の後部およびダウンチューブ３の後部の間には、それらに支持される無段変速装置Ｔが配置される。そして、無段変速装置Ｔは、前輪Ｗ_Ｆの回転軸線および後輪Ｗ_Ｒの回転軸線を含む仮想平面Ｈ２または該仮想平面Ｈ２の下方近傍よりも上方に配置されると共に、車体フレームＲの最下端であるダウンチューブ３の最下端３ａ１よりも上方に配置される。しかも、無段変速装置Ｔの下端は、車幅方向（左右方向）でその近傍に位置するダウンチューブ３の、最下端３ａ１を含む下端部３ａにより覆われる。なお、前輪Ｗ_Ｆおよび後輪Ｗ_Ｒの回転軸線の位置は、運転者が乗車していない状態でのものである。
【００１４】
図２を併せて参照すると、無段変速装置Ｔの下部に配置されて、そのケース１１内に収納された主軸１２ａと、該主軸１２ａの、ケース１１外に突出した左右の端部にそれぞれ結合された１対のクランクアーム１２ｂとを有するクランク軸１２は、各クランクアーム１２ｂにそれぞれ回転可能にペダル１３が支持されることで、ペダル式クランク軸を構成する。
【００１５】
無段変速装置Ｔの上部に配置されて、ケース１１内に収納された出力軸１６は、ケース１１外に突出した一端部である右端部を有し、ケース１１の外側にある該右端部に、駆動側回転体である駆動スプロケット１７が結合される。駆動スプロケット１７と後輪Ｗ_Ｒのリヤハブ８０に一方向クラッチ８２（図１０参照）を介して駆動連結された被動側回転体である被動スプロケット１８との間には無端伝動帯であるチェーン１９が掛け渡される。出力軸１６は、ピボット軸７および車軸９の各中心軸線を含む仮想平面Ｈ１の近傍に位置するように、車体フレームＲに対して配置される。また、駆動スプロケット１７は、仮想平面Ｈ２または該仮想平面Ｈ２の下方近傍よりも上方に配置されると共に、ダウンチューブ３の最下端３ａ１よりも上方に配置される。ここで、仮想平面Ｈ２の下方近傍よりも上方とは、例えば上下方向で、被動スプロケット１８の下端の位置より上方ということである。
【００１６】
それゆえ、運転者により回転駆動されるクランク軸１２のトルクは、無段変速装置Ｔの出力軸１６を経て、駆動スプロケット１７と被動スプロケット１８とチェーン１９とを備える伝動機構を介して出力軸１６と駆動連結された駆動輪である後輪Ｗ_Ｒに伝達されて、後輪Ｗ_Ｒが回転駆動される。
【００１７】
図２，図３を参照して、無段変速装置Ｔ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１１ａ，１１ｂから構成されるケース１１に、該ケース１１に収納された主軸１２ａの両端部寄りの部分およびアイドル軸１４の両端部および出力軸１６の左端部と右端部寄りの部分が、両ケース部分１１ａ，１１ｂにそれぞれ保持される左右１対の軸受２０ａ，２０ｂ；２０ｃ，２０ｄ；２０ｅ，２０ｆを介して回転可能に支持される。ケース１１内で、主軸１２ａには、一方の軸受である右軸受２０ｂ側から、第１駆動ギヤ２２および第２被動ギヤ２４が順次設けられる。第１駆動ギヤ２２は、クランク軸１２の正転方向Ａ０（自転車Ｂを前進させる方向である。以下、クランク軸１２が正転方向するときの各種の軸およびスプロケットの正転方向を符号Ａ０で示す。）のトルクのみを第１駆動ギヤ２２に伝達する一方向クラッチ２８を介して主軸１２ａに駆動連結され、第２被動ギヤ２４は軸受２９を介して回転可能に主軸１２ａに支持される。
【００１８】
ケース１１内で主軸１２ａに平行に配置されたアイドル軸１４には、第１駆動ギヤ２２と噛合する第１被動ギヤ２３と、第２被動ギヤ２４と噛合する第２駆動ギヤ２５とが設けられる。第２被動ギヤ２４には、第３駆動ギヤ２６が第２被動ギヤ２４に隣接して一体に固定されて設けられ、該第３駆動ギヤ２６は、両ケース部分１１ａ，１１ｂに両端で軸受３０ａ，３０ｂを介して回転可能に支持される入力軸１５にスプライン結合されて該入力軸１５と一体に回転する第３被動ギヤ２７と噛合する。
【００１９】
各駆動ギヤ２２，２５，２６は、それに噛合する被動ギヤ２３，２４，２７よりも大径のギヤとされて、これら相互に噛合する駆動ギヤ２２，２５，２６および被動ギヤ２３，２４，２７により、３つの増速段を持つと共にクランク軸１２の回転速度を増速して入力軸１５に伝達する増速ギヤ列が構成される。それゆえ、ケース１１内に配置されたこの増速ギヤ列からなる増速機構Ｍ１を介してクランク軸１２により回転駆動される入力軸１５は、クランク軸１２の回転速度よりも増速された回転速度、この実施例では約１１倍に増速された回転速度で回転する。
【００２０】
第３駆動ギヤ２６および第３被動ギヤ２７は、図４に示されるように、非円形ギヤから構成されて、出力軸１６の回転速度の脈動を低減するタイミングで噛合し、入力軸１５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２７は、この実施例において無段変速装置Ｔ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２７ａおよび谷部２７ｂ、この実施例ではそれぞれ４つの山部２７ａおよび谷部２７ｂを有するギヤとされ、第３駆動ギヤ２６は、第３被動ギヤ２７の山部２７ａおよび谷部２７ｂのそれぞれの数の整数倍、この実施例では４倍の１６の山部２６ａおよび谷部２６ｂを有するギヤとされる。そして、第３駆動ギヤ２６の谷部２６ｂと第３被動ギヤ２７の山部２７ａとが噛合するタイミングおよび第３駆動ギヤ２６の山部２６ａと第３被動ギヤ２７の谷部２７ｂとが噛合するタイミングは、後述するように、脈動する出力軸１６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。それゆえ、クランク軸１２と入力軸１５とは、増速機構Ｍ１に組み込まれて出力軸１６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。
【００２１】
図２，図３を参照すると、入力軸１５は、該入力軸１５の回転運動を揺動運動に変換する、複数の、この実施例では４つのリンクユニットＵ１〜Ｕ４を有する変速機構Ｍ３と、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４に連結されて該リンクユニットＵ１〜Ｕ４の揺動運動を出力軸１６の正転方向Ａ０での回転運動に変換する一方向クラッチ３６とを介して出力軸１６に駆動連結される。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（図示されず）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、この変速操作機構Ｍ４により、クランク軸１２の回転速度に対する出力軸１６の回転速度の比である変速比が無段階に変更される。
【００２２】
さらに図５，図６を併せて参照すると、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４は、複数の、この実施例では３つの変速リンクから構成される。具体的には、入力軸１５に偏心して枢着された駆動リンク３１と、出力軸１６に一方向クラッチ３６を介して駆動連結された出力リンク３３と、第１枢支部を構成する第１枢軸３４で駆動リンク３１に対して回動可能に支持、すなわち枢着されると共に第２枢支部を構成する第２枢軸３５で出力リンク３３に対して回動可能に支持、すなわち枢着された伝達リンク３２とを備える。
【００２３】
駆動リンク３１は、円環状の第１結合部３１ａと、第１結合部３１ａに連なると共に１対のプレート部３１ｂ１を有する二股状の第２結合部３１ｂとから構成され、伝達リンク３２は、一端部３２ａでリベット３７により所定の間隔をおいて連結された１対のプレート３２ｃから構成され、出力リンク３３は、伝達リンク３２の両プレート３２ｃの間に挟まれて配置される第１結合部３３ａと、第１結合部３３ａに連なる円環状の第２結合部３３ｂとから構成される。
【００２４】
第１結合部３１ａが、入力軸１５とスプライン結合により一体に回転する偏心リング３８の外周にすべり軸受３９からなる軸受を介して枢支されることにより、駆動リンク３１は入力軸１５に対して偏心して枢着される。偏心リング３８の中心軸線、すなわち駆動リンク３１の回動軸線は、入力軸１５の回転軸線に対して所定偏心量だけ偏心している。さらに、第１結合部３１ａには、図５，図６に示されるように、周方向に等間隔に複数の、例えば４つの油溝３１ｃが径方向に延びて形成されて、ケース１１内の潤滑油が油溝３１ｃを通じてすべり軸受３９に供給される。
【００２５】
第２結合部３１ｂの両プレート部３１ｂ１に固定されて支持される第１枢軸３４に、両プレート部３１ｂ１の間に配置されたニードル軸受４０からなる軸受を介して、伝達リンク３２が回動可能に支持される。ニードル軸受４０は、第１枢軸３４の外周に嵌合されて両プレート部３１ｂ１に挟圧されて固定される内輪４０ａと、内輪４０ａの径方向外方に配置されて両プレート３２ｃの一端部３２ａに形成された孔に嵌合される外輪４０ｂと、内輪４０ａと外輪４０ｂとの間に配置される多数のニードル４０ｃとから構成される。ニードル４０ｃの軸線方向での移動は、ニードル軸受４０の両端側に配置された１対のスラストワッシャ４３を介して駆動リンク３１の両プレート部３１ｂ１により阻止される。また、多数のニードル４０ｃは周方向に隙間なく配置されているので、ニードル４０ｃを保持するためのリテーナは不要である。それゆえ、ニードル軸受４０は、リテーナを持たないリテーナレスニードル軸受である。さらに、外輪４０ｂには、周方向に間隔をおいて複数、この実施例では周方向に等間隔に８つの油孔４０ｄが形成される。
【００２６】
また、出力リンク３３の第１結合部３３ａが両プレート３２ｃの他端部３２ｂに固定されて支持される第２枢軸３５にニードル軸受４１からなる軸受を介して回動可能に支持されることで、伝達リンク３２は出力リンク３３に相対回動可能に支持される。ニードル軸受４１は、第２枢軸３５の外周に配置されて出力リンク３３の第１結合部３３ａに囲まれて保持される多数のニードル４１ａから構成される。ここでも、ニードル４１ａの軸線方向での移動は、ニードル４１ａの両端側に配置された１対のスラストワッシャ４４を介して伝達リンク３２の両プレート３２ｃにより阻止され、多数のニードル４１ａは周方向に隙間なく配置される。それゆえ、ニードル軸受４１は、ニードル軸受４０と同様に、リテーナレスニードル軸受である。また、第１結合部３３ａの両側面には、図６に示されるように、周方向に間隔をおいて複数の、例えば３つの油溝３３ｃが径方向に延びて形成されて、ケース１１内の潤滑油が油溝３３ｃを通じてニードル軸受４１に供給される。
【００２７】
出力リンク３３は、第２結合部３３ｂにて、出力軸１６の回転軸線を揺動軸線として揺動運動する出力リンク３３から出力軸１６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３６を介して、出力軸１６に駆動連結される。それゆえ、一方向クラッチ３６は、各出力リンク３３が出力軸１６の正転方向Ａ０での角速度ω（図１３参照）、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、出力リンク３３から出力軸１６にトルクを伝達する。ここで、一方向クラッチ３６のアウタは、第２結合部３３ｂにより構成され、そのインナは、出力軸１６により構成されることで、一方向クラッチ３６が、出力リンク３３および出力軸１６に駆動連結される。
【００２８】
そして、図２に示されるように、４つのリンクユニットＵ１〜Ｕ４は、互いに平行な入力軸１５および出力軸１６に対してそれらの回転軸線方向（車幅方向でもある。）で等間隔に並んで配列される。具体的には、入力軸１５には、隣接するリンクユニットＵ２，Ｕ３；Ｕ３，Ｕ４の、前記回転軸線方向での間隔を保持する部材であるスペーサとしての２つの円環状のカラー４６が駆動リンク３１の第１結合部３１ａの側方で嵌合される。カラー４６は、隣接するリンクユニットＵ２，Ｕ３および隣接するリンクユニットＵ３，Ｕ４の間に配置される一方で、入力軸１５の一端部である右端部寄りの隣接するリンクユニットＵ１，Ｕ２の間隔を保持するために、両リンクユニットＵ１，Ｕ２の間に配置された第３被動ギヤ２７が利用される。
【００２９】
すなわち、この無段変速装置Ｔにおいて、クランク軸１２の回転軸線方向でもある車幅方向（左右方向と一致する。）での一方側である右側寄りに配置されるアイドル軸１４に対応して、増速機構Ｍ１を構成する第１被動ギヤ２３および第２駆動ギヤ２５が装着されるアイドル軸１４の車幅方向での長さを極力短くすると共に、主軸１２ａに装着される第２被動ギヤ２４および第３駆動ギヤ２６の軽量小型化のために、第３駆動ギヤ２６と噛合する第３被動ギヤ２７が、入力軸１５を回転可能に支持する軸受３０ｂに最も近い特定リンクユニットである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１５に結合される。
【００３０】
さらに、図２，図３を参照すると、右端のリンクユニットＵ１の駆動リンク３１が、車幅方向で第１駆動ギヤ２２と第３駆動ギヤ２６との間に配置され、しかもその往復運動により、主軸１２ａの径方向で第１駆動ギヤ２２および第３駆動ギヤ２６と重なり得る位置に配置される。
【００３１】
一方、出力軸１６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、出力リンク３３の第２結合部３３ｂの側方で嵌合される。
【００３２】
そして、図７に示されるように、４つのリンクユニットＵ１〜Ｕ４の駆動リンク３１は、異なる位相で入力軸１５に枢着されており、この実施例では、全ての駆動リンク３１の回動軸線が入力軸１５の周方向に９０°の等角度で分布するように入力軸１５に枢着される。なお、図７には、後述する変速操作リンク５４が最小変速比位置を占めているときの第３枢軸５３、支持軸５９、第４枢軸６１および第２中間リンク６２が示されている。
【００３３】
なお、図２に示されるように、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４において、偏心リング３８およびすべり軸受３９の軸線方向での両端部側は、入力軸１５にスプライン結合される１対の円板状の被覆プレート４９により覆われる。そして、被覆プレート４９は、カラー４６，４８および第３被動ギヤ２７により、入力軸１５上での軸線方向の移動が阻止される。
【００３４】
図２，図３，図８を参照すると、変速操作機構Ｍ４は、第１枢軸３４寄りの位置で（図３には、後述する中心軸５２が二点鎖線で示されている。）、両ケース部分１１ａ，１１ｂに軸受５０を介して回動可能に支持される支持部材５１と、第１枢軸３４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５３で支持部材５１に枢着される変速操作リンク５４と、前記変速レバー（図示されず）に接続される操作ワイヤ５５の端部が係止されたドラム５６と一体に回動する操作軸５７と、操作軸５７に後述する突部５８ｅ３を介して駆動連結される支持軸５９と、支持軸５９と一体に回動する第１中間リンク６０と、第３枢軸５３で支持部材５１に枢着されると共に第４枢支部を構成する第４枢軸６１で第１中間リンク６０に枢着される第２中間リンク６２とを備える。ここで、第１中間リンク６０および第２中間リンク６２はリンク機構を構成する。
【００３５】
図２，図３，図５，図６を参照すると、変速操作リンク列を構成する４つの変速操作リンク５４は、それぞれ、その一端部である円環状の先端部５４ａにて、ニードル軸受４０の外周において伝達リンク３２の両プレート３２ｃの間で挟まれて配置されたニードル軸受６３からなる軸受を介して回動可能に支持されることにより、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４の第１枢軸３４で、駆動リンク３１および伝達リンク３２に対して枢着される。ニードル軸受６３は、外輪４０ｂの外周に配置されて先端部５４ａにより囲まれて保持される多数のニードル６３ａから構成される。それゆえ、駆動リンク３１の両プレート部３１ｂ１の、車幅方向での間には、第１枢軸３４に対して径方向に積層されて同軸に設けられた二段のニードル軸受４０，６３が配置される。また、ニードル６３ａの軸線方向での移動は、ニードル６３ａの両端側に配置された１対のスラストワッシャ６４を介して伝達リンク３２の両プレート３２ｃにより阻止され、多数のニードル４０ｃは周方向に隙間なく配置される。それゆえ、ニードル軸受６３は、ニードル軸受４０と同様に、リテーナレスニードル軸受である。
【００３６】
図５，図６に示されるように、先端部５４ａの両側面には、それぞれ、周方向に間隔をおいて複数、この実施例では周方向に等間隔に４つの油溝５４ｃが設けられる。そして、ケース１１内に充填された潤滑油が、油溝５４ｃを通ってニードル軸受６３に供給され、さらに外輪４０ｂの油孔４０ｄを通ってニードル軸受４０に供給される。なお、図３に示されるように、右ケース部分１１ｂには、ブリーザ管６５およびケース１１内の潤滑油を排出するためのドレンボルト６６が設けられる。
【００３７】
図２，図３，図８を参照すると、支持部材５１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５１ａと、支持リンク５１ａの両端部に嵌合されて車幅方向での間隔を保持するための部材であるスペーサとしての連結軸５１ｂとを備える。支持リンク５１ａは、車幅方向で対面する互いに平行な１対の側部５１ａ１と、両側部５１ａ１に連なる連結部５１ａ２とから構成される。各側部５１ａ１には各ケース部分１１ａ，１１ｂに保持された軸受５０に支持された中心軸５２が固着されることで、支持部材５１は、全てのリンクユニットＵ１〜Ｕ４を車幅方向で挟むように配置された１対の中心軸５２と共にケース１１に回動自在に支持される。それゆえ、支持部材５１は、中心軸５２を中心に揺動可能である。さらに、支持リンク５１ａの一方の側部である右側の側部５１ａ１には、右ケース部分１１ｂの内面に突出して形成された第１，第２ストッパ６７，６８（図３参照）にそれぞれ当接する１対の当接面５１ａ３，５１ａ４がそれぞれ形成される。第１，第２ストッパ６７，６８は、変速操作リンク５４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。
【００３８】
図８を参照すると、支持部材５１の両側部５１ａ１には、その連結部５１ａ２付近に両側部５１ａ１に渡って第３枢軸５３が固定されて一体に支持される。その先端部５４ａ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つの変速操作リンク５４は、その他端部である円環状の基端部５４ｂにて、多数のニードル６９ａを有する軸受６９からなる軸受を介して第３枢軸５３で枢着されることにより、支持部材５１に枢着される。基端部５４ｂの両側面には、それぞれ、周方向に間隔をおいて複数、この実施例では周方向に等間隔に４つの油溝５４ｃが設けられる。そして、ケース１１内に充填された潤滑油が、油溝５４ｃを通ってニードル軸受６９に供給される。
【００３９】
また、それら変速操作リンク５４は、第３枢軸５３に軸線方向（車幅方向）に等間隔に配列され、そのためにカラー７０および第２中間リンク６２が使用される。すなわち、中央で互いに隣接する変速操作リンク５４（これら変速操作リンク５４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７０が配置される。そして、両端部の変速操作リンク５４（この変速操作リンク５４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操作リンク５４との間には、二股に分岐した第２中間リンク６２の両先端部６２ａがそれぞれすべり軸受７１からなる軸受を介して第３枢軸５３に枢着される。それゆえ、支持部材５１の両側部５１ａ１の間に配置される両先端部６２ａが、カラー７０と同様の機能を有するスペーサとして利用される。
【００４０】
図８，図９を参照すると、左ケース部分１１ａに軸受７２を介して回動可能に支持される支持軸５９は、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４の駆動リンク３１に作用する入力軸１５からの駆動力の分力（図１４参照）が、第１枢軸３４、変速操作リンク５４、支持部材５１、第３枢軸５３、第２中間リンク６２、第１中間リンク６０および支持軸５９を通じてドラム５６を回動させることを阻止するための２つの一方向クラッチの機能を持つ二方向クラッチ５８を介して右ケース部分１１ｂに保持される。
【００４１】
二方向クラッチ５８は、右ケース部分１１ｂに固定されたアウタレース５８ａと、支持軸５９と一体に回転する部材から構成されて、この実施例では支持軸５９の一部から構成されるインナレース５８ｂと、両レース５８ａ，５８ｂの径方向での間の収容空間に配置された偶数、この実施例では８つのローラ５８ｃと、１対のローラ５８ｃ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５８ｄと、クラッチスプリング５８ｄとは反対側で２つのローラ５８ｃの周方向での間に配置されたリテーナ５８ｅとから構成される。
【００４２】
操作軸５７に一体形成されたリテーナ５８ｅは、操作軸５７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という。）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という）へ回動したときにローラ５８ｃと当接する。具体的には、リテーナ５８ｅは、操作軸５７の直径方向で対向してインナレース５８ｂに形成された凹部５８ｂ１からなる係合部と係合可能な突部５８ｅ３からなる係合部を有する１対の第１保持部５８ｅ１と、周方向で両第１保持部５８ｅ１の間に位置する第２保持部５８ｅ２とを有する。
【００４３】
凹部５８ｂ１と突部５８ｅ３との間には、リテーナ５８ｅとインナレース５８ｂとの相対回動を可能とするための間隙５８ｆが形成される。そして、凹部５８ｂ１と突部５８ｅ３とが係合するまでのこの相対回動により、第１，第２保持部５８ｅ１，５８ｅ２が、クラッチスプリング５８ｄの弾発力に抗してローラ５８ｃを押圧して、ローラ５８ｃが、アウタレース５８ａとインナレース５８ｂとの間に食い込むこと（すなわちロックすること）がない状態、すなわちロック解除状態になる。
【００４４】
また、インナレース５８ｂの外周には、クラッチスプリング５８ｄを介して互いに対向する１対のローラ５８ｃのうち、アップ方向Ａ２側のローラ５８ｃ１が、アップ方向Ａ２への支持軸５９の回動を許容する一方で、ダウン方向Ａ３への支持軸５９の回動を阻止し、ダウン方向Ａ３側のローラ５８ｃ２が、ダウン方向Ａ３への支持軸５９の回動を許容する一方で、アップ方向Ａ２への支持軸５９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カム面５８ｂ２が形成される。
【００４５】
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５５を介してドラム５６をアップ方向Ａ２に回動させると、図９に二点鎖線で示されるように、第１，第２保持部５８ｅ１，５８ｅ２がアップ方向Ａ２に相対回動してローラ５８ｃ２に当接して該ローラ５８ｃ２をロック解除状態にした後、突部５８ｅ３と凹部５８ｂ１とが係合することで第１保持部５８ｅ１が、インナレース５８ｂに係合して、支持軸５９と一緒にアップ方向Ａ２に回動する。逆に、操作力が操作ワイヤ５５を介してドラム５６をダウン方向Ａ３に回動させると、第１，第２保持部５８ｅ１，５８ｅ２がダウン方向Ａ３に相対回動してローラ５８ｃ１に当接して該ローラ５８ｃ１をロック解除状態にした後、突部５８ｅ３と凹部５８ｂ１とが係合することで第１保持部５８ｅ１が、インナレース５８ｂに係合して、支持軸５９と一緒にダウン方向Ａ３に回動する。
【００４６】
ところで、図１２を参照すると、クランク軸１２の回転中、出力リンク３３および一方向クラッチ３６を介して出力軸１６にトルクを伝達して、出力軸１６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、該リンクユニットＵ１〜Ｕ４の駆動リンク３１を往復運動させる入力軸１５からの駆動力は、その一方の分力が第１枢軸３４から伝達リンク３２を介して出力リンク３３に作用する一方、その他方の分力Ｆが第１枢軸３４から変速操作リンク５４に作用する。分力Ｆは、入力軸１５の回転軸線方向から見たとき、入力軸１５の回転により往復運動する第１枢軸３４の運動経路のほぼ中央に位置する中心軸５２を中心としたモーメントを発生させる。（ここで、中心軸５２、第１〜第３枢軸３４，３５，５３および入力軸１５は互いに平行に配置されている。）このモーメントは、第１枢軸３４の位置に応じて、中心軸５２を境に反転するモーメント、すなわち第３枢軸を時計方向に揺動させようとするモーメントｍと、第３枢軸を反時計方向に揺動させようとするモーメントｍである。そして、このモーメントは、第２中間リンク６２および第１中間リンク６０を介して支持軸５９を、アップ方向Ａ２またはダウン方向Ａ３に回動させようとするトルクＴａ（図３参照）を発生する。このトルクＴａは、図１４に示されるように、出力軸１６を回転駆動しているリンクユニットＵ１〜Ｕ４の駆動リンク３１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いる。なお、図１４において、符号Ｕ１〜Ｕ４は出力軸１６を回転駆動しているリンクユニットを示し、符号Ｔ_０は、トルクＴａの大きさ目安を示すための値を示している。このとき、操作ワイヤ５５を通じて操作力がリテーナ５８ｅに作用していなければ、トルクＴａ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５９を回動させようとしても、ローラ５８ｃがロック状態になって、支持軸５９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５８ｅに作用しているときに、トルクＴａが支持軸５９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Ｔａがアシスト力となって、操作力が軽減される一方、トルクＴａが支持軸５９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５８ｃがロック状態になって、支持軸５９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。
【００４７】
それゆえ、操作軸５７、二方向クラッチ５８、支持軸５９、第１中間リンク６０、第４枢軸６１および第２中間リンク６２は、前記操作レバーによる操作力を第３枢軸５３に伝達する伝達機構Ｍ５を構成する。
【００４８】
図１０，図１１を参照して、リヤハブ８０および被動スプロケット１８に関連して説明する。車軸９に軸受８１を介して回転可能に支持されるリヤハブ８０の一端部である右端部には、その径方向外方に一方向クラッチ８２を介して被動スプロケット１８が設けられる。そして、一方向クラッチ８２の一端部である右端部は、被動スプロケット１８と車軸９との間に設けられたカバー８３により覆われる。
【００４９】
後輪Ｗ_Ｒを正転方向Ａ０に回転駆動するトルクをチェーン１９から後輪Ｗ_Ｒに伝達する一方向クラッチ８２は、チェーン１９に駆動連結された被動スプロケット１８により構成されるアウタレース８２ａと、リヤハブ８０にネジ結合されて後輪Ｗ_Ｒと一体に回転するインナレース８２ｂと、両レース８２ａ，８２ｂの径方向での間の収容空間Ｓに周方向に間隔をおいて配置された複数の、この実施例では１０個のローラ８２ｃと、周方向で隣接するローラ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。
【００５０】
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の間に位置する複数、この実施例では１０個の保持部８２ｄ３と、直径方向で対向する位置にある１対の保持部８２ｄ３_１に一体形成されて被動スプロケット１８に形成された長孔１８ａ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で、カバー８３とリテーナ８２ｄとは一体に回転可能である。
【００５１】
ここで、各ローラ８２ｃは、アウタレース８２ａの内周面に形成されたカム面８２ａ１とインナレース８２ｂとの間に食い込んで（すなわちロックして）、アウタレース８２ａとインナレース８２ｂとを一体に回転させる状態（すなわち、ロック状態。図１１に二点鎖線で示される。）と、カム面８２ａ１とインナレース８２ｂとの間に食い込むことがなく、アウタレース８２ａとインナレース８２ｂとを独立に回転可能に維持する状態（すなわち、ロック状態解除状態。）とをとり得る。また、長孔１８ａは、アウタレース８２ａがリテーナ８２に対して後述する所定角度θ３だけ相対回転できるように、突起８２ｄ４との間に周方向の隙間を形成する形状を有する。
【００５２】
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_２を、その弾発力によりアウタレース８２ａに当接するように正転方向Ａ０に付勢している。具体的には、１対の保持部８２ｄ３_２に径方向で対向する位置でアウタレース８２ａの内周面に１対の凹部８２ｆが形成され、保持部８２ｄ３_２の外周面には凹部８２ｆ内にそれぞれ進入する突出部ｎが形成される。そして、クラッチスプリング８２ｅは、凹部８２ｆ内に配置されて、正転方向Ａ０とは反対側の端部でアウタレース８２ａに当接し、正転方向Ａ０側の端部で突出部ｎと当接し、その弾発力により突出部ｎを正転方向Ａ０に付勢してアウタレース８２ａに当接させている。
【００５３】
アウタレース８２ａと保持部８２ｄ３_２との間で弾発力を作用させるクラッチスプリング８２ｅにより、アウタレース８２ａとリテーナ８２ｄとは、アウタレース８２ａの正転方向Ａ０への回転時を除いて、突出部ｎが正転方向Ａ０側でアウタレース８２ａに当接すると共に、ローラ８２ｃがロック解除状態になる第１回転位置を占める（図１１に実線で示される。）。
【００５４】
一方向クラッチ８２の開口部を覆って、収容空間Ｓ内の潤滑剤の漏出を防止すると共に、該収容空間Ｓへの水や塵埃等の異物の侵入を防止するカバー８３は、カバー８３の内側で、車軸９に嵌合されて固定された軸筒８４に固定されることで車軸９に対して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た状態で、摺動可能に接触している。また、一方向クラッチ８２において、カバー８３の外周とアウタレース８２ａとの間は、シール８６により、カバー８３の内周と軸筒８４との間は、シール８７により、カバー８３とは反対側でインナレース８２ｂとアウタレース８２ａとの間は、シール８８により、それぞれ密封される。
【００５５】
フリクションスプリング８５のセット荷重は、正転方向Ａ０への回転開始直後のアウタレース８２ａによりクラッチスプリング８２ｅに弾性変形を生じさせてリテーナ８２ｄに対するアウタレース８２ａの正転方向Ａ０への所定角度θ３の回転を許容する大きさであって、しかも、ローラ８２ｃがロック状態になって一方向クラッチ８２が接続状態になったとき、カバー８３が、リテーナ８２ｄ、アウタレース８２ａ（被動スプロケット１８）およびインナレース８２ｂと共に一体に回転することができるような大きさに設定される。
【００５６】
このカバー８３とフリクションスプリング８５との間の摩擦力により、アウタレース８２ａが正転方向Ａ０への回転を開始した直後に、ローラ８２ｃがロック解除状態にあって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、車軸９とリテーナ８２ｄとの間では相対回転が生じないので、クラッチスプリング８２ｅが、その弾発力に抗して正転する被動スプロケット１８（アウタレース８２ａ）により圧縮されて、アウタレース８２ａとリテーナ８２ｄとが、アウタレース８２ａがリテーナ８２ｄに対して所定角度θ３だけ回転した第２回転位置を占めて、ローラ８２ｃがロック状態になるようにリテーナ８２ｄが保持される。。そして、一方向クラッチ８２が接続状態になったとき、リテーナ８２ｄとアウタレース８２ａ（被動スプロケット１８）とは、前記第２回転位置を維持して、カバー８３およびインナレース８２ｂと共に一体に回転する。それゆえ、フリクションスプリング８５とカバー８３とは、被動スプロケット１８の正転方向Ａ０への回転開始直後に、リテーナ８２ｄに対するアウタレース８２ａの正転方向への所定角度θ３の回転を許容するようにリテーナ８２ｄを保持する保持手段を構成する。
【００５７】
このような一方向クラッチ８２により、被動スプロケット１８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１８とリヤハブ８０とが一体に回転する。また、自転車Ｂの走行中に運転者がペダル１３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Ｂ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１９の弛み分だけ被動スプロケット１８が正転方向Ａ０とは逆方向に回転させられ、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１８が停止した状態で、後輪Ｗ_Ｒ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Ｂ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１１に示される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１８が停止した状態で、後輪Ｗ_Ｒ、すなわちリヤハブ８０のみが逆転方向に回転する。
【００５８】
つぎに、この無段変速装置Ｔの動作について説明する。図３に示されるように、無段変速装置Ｔが最小変速比にある状態で自転車Ｂが走行しているとき、支持部材５１が第１ストッパ６７に当接した状態で第３枢軸５３の位置が固定されている。このとき、入力軸１５が１回転する間に、図１２（Ａ）で示されるように、入力軸１５からの駆動力により、入力軸１５の１回転あたり各駆動リンク３１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で出力リンク３３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３６を介して出力軸１６に駆動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Ｔにおいて、入力軸１５の１回転の間に、出力軸１６は、図１３（Ａ）に示されるように、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）で出力軸１６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。
【００５９】
このとき、出力軸１６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２７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１５の回転速度が最小となり、例えばリンクユニットＵ１が出力軸１６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が出力軸１６を駆動する状態に移行するタイミング、すなわち出力軸１６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１５の回転速度が最大となって、出力軸１６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１３において、符号Ｕ１〜Ｕ４は出力軸１６を回転駆動しているリンクユニットを示し、符号ω_０は、出力軸１６の角速度ωの大きさ目安を示すための値を示している。
【００６０】
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５５、ドラム５６および操作軸５７を介して二方向クラッチ５８（図９参照）のリテーナ５８ｅをアップ方向Ａ２に回動させる。このとき、図１４（Ａ）に示されるように、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４に対する入力軸１５からの駆動力により出力軸１６が加速される方向の該駆動力の分力Ｆに基づいて発生するトルクＴａ（図１４においてプラス側のトルク）が、アシスト力として変速操作リンク５４、第２中間リンク６２および第１中間リンク６０を介して支持軸５９に作用する。そして、支持軸５９の回動により、第３枢軸５３および変速操作リンク５４の基端部５４ｂが、支持部材５１を支持する中心軸５２を中心とする円弧状の変速軌道上を、図１５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Ｗ_Ｒが回転駆動される。
【００６１】
図１２（Ｂ）を参照すると、変速操作リンク５４および第３枢軸５３が最大変速比にある状態（図１５参照）で、入力軸１５が１回転する間に、入力軸１５の１回転あたり各駆動リンク３１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で出力リンク３３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１５の１回転の間に、出力軸１６は、図１３（Ｂ）に示されるように、正転方向Ａ０での最大角速度（回転速度）で出力軸１６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、出力軸１６の回転速度の変動幅が減少して、その脈動が低減される。
【００６２】
この最大変速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５５、ドラム５６および操作軸５７を介して二方向クラッチ５８（図９参照）のリテーナ５８ｅをダウン方向Ａ３に回動させる。このとき、図１４（Ｂ）に示されるように、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４に対する入力軸１５からの駆動力により出力軸１６が減速される方向の該駆動力の分力Ｆに基づいて発生するトルクＴａ（図１４においてマイナス側のトルク）が、アシスト力として支持軸５９に作用する。そして、支持軸５９の回動により、第３枢軸５３および基端部５４ｂが、最大変速比での位置から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Ｗ_Ｒが回転駆動される。
【００６３】
このようにして、変速操作機構Ｍ４による変速操作により、中心軸５２を中心に揺動可能である第３枢軸５３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ができるので、クランク軸１２の回転速度が無段階に変速されて後輪Ｗ_Ｒに伝達される。
【００６４】
次に、前述のように構成された実施例の作用および効果について説明する。
無段変速装置Ｔは、前輪Ｗ_Ｆと後輪Ｗ_Ｒとの間で、前輪Ｗ_Ｆおよび後輪Ｗ_Ｒのそれぞれの回転軸線を含む仮想平面Ｈ２または該仮想平面Ｈ２の下方近傍よりも上方に配置されることにより、前記従来技術に比べて、車体の重心近い位置に配置されると共に、地面から離れた位置に配置されるので、自転車Ｂの操縦性が良好になると共に、無段変速装置Ｔは、地面と接触することが殆どない。さらに、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４の駆動リンク３１が、入力軸１５と結合された偏心リング３８に枢支されることにより、機種に対応してまたは仕様の変更により、駆動リンク３１の揺動範囲を変更して変速比の範囲を変更する場合にも、偏心リング３８を交換することで、駆動リンク３１の揺動範囲を変更して、変速比の範囲を容易に変更することができるうえ、入力軸１５は共通の部品として使用できるので、無段変速装置Ｔのコストを削減することができる。
【００６５】
出力軸１６の端部に無段変速装置Ｔのケース１１の外側で結合された駆動スプロケット１７および無段変速装置Ｔは、ダウンチューブ３の最下端３ａ１よりも上方に配置されることにより、無段変速装置Ｔの外側に位置する駆動スプロケット１７および無段変速装置Ｔが地面と接触することを、より下方に位置するダウンチューブ３の最下端３ａ１により防止することができるので、無段変速装置Ｔおよび駆動スプロケット１７の地面との接触を、一層回避することができる。
【００６６】
クランク軸１２およびアイドル軸１４に設けられてクランク軸１２の回転速度を増速して入力軸１５に伝達する前記増速ギヤ列が、無段変速装置Ｔのケース１１内に配置されたことにより、クランク軸１２の回転速度を増速して入力軸１５に伝達する増速機構Ｍ１が、無段変速装置Ｔのケース１１内で、クランク軸１２とアイドル軸１４とを利用して設けられた前記増速ギヤ列から構成されるので、増速機構Ｍ１をコンパクトにすることができると共に、車体フレームＲに対する配置の自由度、ひいては車体フレームＲに対する無段変速装置Ｔの配置の自由度が大きくなる。
【００６７】
また、入力軸１５と出力軸１６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１２、ひいては車体フレームＲに対する出力軸１６の配置の自由度が大きくなる。そのため、後輪Ｗ_Ｒが上下方向に揺動可能なスイングアーム８により支持される場合にも、車体フレームＲに対してピボット軸７を含む仮想平面Ｈ１の近傍に出力軸１６を配置することができる。
【００６８】
クランク軸１２と入力軸１５との間に設けられた増速機構Ｍ１が不等速回転伝達機構Ｍ２を含むことにより、出力軸１６の回転速度の脈動が低減されて、快適な走行性を得ることができる。しかも、脈動を低減するために、増速機構Ｍ１を利用しているので、無段変速装置Ｔの重量増が防止され、脈動低減のために入力軸１５がその回転軸線方向で長くなることがなく、該回転軸線方向での無段変速装置Ｔの大型化が防止される。
【００６９】
不等速回転伝達機構Ｍ２が、１対の非円形ギヤからなる駆動ギヤ２６および被動ギヤ２７を有する増速ギヤ列からなることにより、簡単な構成で出力軸１６の回転速度の脈動が低減される。また、被動ギヤ２７は、入力軸１５を回転可能に支持する軸受３０ｂに最も近いリンクユニットＵ１と該リンクユニットＵ１に隣接するリンクユニットＵ２との間で入力軸１５に結合されて、それらリンクユニットＵ１，Ｕ２の前記回転軸線方向での間隔を保持することにより、被動ギヤ２７が、リンクユニットＵ１，Ｕ２を入力軸１５に配列するためのスペーサを兼ねるので、スペーサを削減できて、無段変速装置Ｔの重量増が防止され、しかも増速機構Ｍ１の最終ギヤが１つの被動ギヤ２７であるにも拘わらず被動ギヤ２７に加わる荷重による入力軸１５の撓みが小さくなるので、各リンクユニットＵ１〜Ｕ４の動作が円滑になると共に、入力軸１５の剛性を高めるために入力軸１５が大径化することが回避されて無段変速装置Ｔの重量増が防止される。
【００７０】
入力軸１５において、その回転軸線方向に並んで配列された複数のリンクユニットＵ１〜Ｕ４の第１，第２枢軸３４，３５には、リテーナを持たないニードル軸受４０，４１，６３が設けられ、駆動リンク３１、伝達リンク３２、出力リンク３３および変速操作リンク５４のうちの２つのリンクがニードル軸受４０，４１，６３により相対回動可能に支持されたことにより、ニードル軸受４０，４１，６３により支持されたそれらリンク３１，３２，３３，５４の回動が円滑になるので、変速動作が円滑になり、しかもニードル軸受４０，４１，６３が設けられた第１，第２枢軸３４，３５では、リテーナがない分、ニードル４０ｃ，４１ａ，６３ａの軸線方向、すなわち入力軸１５の回転軸線方向（車幅方向）での幅を小さくすることができるので、複数のリンクユニットＵ１〜Ｕ４が前記回転軸線方向で占める幅も小さくなり、無段変速装置Ｔを小型化できる。
【００７１】
第１枢軸３４では、リテーナを持たない２つのニードル軸受４０，６３が径方向に積層されて同軸に設けられ、駆動リンク３１、伝達リンク３２および変速操作リンク５４が相互に回動可能に支持されることにより、１つの枢支部に、２つの軸受が設けられて、３つのリンクが支持されるにも拘わらず、第１枢軸３４では、２つのニードル軸受４０，６３がリテーナを持たないこと、および両軸受４０，６３が径方向に積層されることで、駆動リンク３１、伝達リンク３２および変速操作リンク５４が支持される第１枢軸３４での、前記回転軸線方向での幅を小さくすることができる。
【００７２】
ニードル軸受４０，４１，６３を構成するニードル４０ｃ，４１ａ，６３ａの軸線方向での移動が、ニードル軸受４０，４１，６３が設けられた第１，第２枢軸３４，３５に支持された駆動リンク３１または伝達リンク３２を利用して阻止されるので、部品点数を増加させることなく、確実にニードル４０ｃ，４１ａ，６３ａの抜け出しを防止することができる。
【００７３】
変速操作のための操作力を第３枢軸５３に伝達する伝達機構Ｍ５により、変速操作リンク５４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に基づいて発生するトルクＴａが操作力のアシスト力とされるので、クランク軸１２により入力軸１５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３１の往復運動を利用することにより、運転者がペダル１３を漕いでクランク軸１２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。
【００７４】
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５９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５９の回動を許容する二方向クラッチ５８が設けられるので、自転車Ｂ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。
【００７５】
入力軸１５に枢着される駆動リンク３１のうちの一つである、右端のリンクユニットＵ１の駆動リンク３１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２２と第３駆動ギヤ２６との間に配置され、しかも第１駆動ギヤ２２および第３駆動ギヤ２６とクランク軸１２の主軸１２ａ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Ｔを小型化でき、さらにクランク軸１２と入力軸１５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Ｔの小型化に寄与できる。
【００７６】
出力軸１６の回転速度を無段階に変速するための操作力は、支持部材５１に設けられて変速操作リンク５４が枢着される枢軸５３に、該枢軸５３に枢着された前記リンク機構の第２中間リンク６２を介して伝達されることにより、変速操作リンク５４を枢着するための枢軸５３を利用して、枢軸５３を揺動させる操作力が枢軸５３に直接加えられて、中心軸５２を中心に支持部材５１と共に枢軸５３を揺動させるので、支持部材５１自体には操作力を受ける部分を形成する必要がない分、支持部材５１を小型軽量化でき、ひいては無段変速装置Ｔを小型軽量化できる。しかも、前記リンク機構を構成する第１，第２中間リンク６０，６２の長さを適宜設定することにより、変速比が広い範囲に渡って変更される場合にも、支持部材５１の大型化および重量増を招来することがないうえに、枢軸５３の揺動範囲を容易に大きく設定でき、しかも揺動速度を大きくすることができて、変速比を迅速に変更することができる。
【００７７】
第３枢軸５３に支持される全ての変速操作リンク５４を車幅方向に等間隔に配列するために、カラー７０のほかに第３枢軸５３に支持される第２中間リンク６２を利用して隣接する変速操作リンク５４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５３を支持する支持部材５１および入力軸１５の車幅方向での幅を減少させて、支持部材５１および入力軸１５ひいては無段変速装置Ｔを車幅方向で小型化できる。
【００７８】
一方向クラッチ８２が、アウタレース８２ａの正転方向Ａ０への回転時を除いてローラ８２ｃがロック解除状態になるようにアウタレース８２ａとリテーナ８２ｄとの間で弾発力を作用させるクラッチスプリング８２ｅと、正転方向Ａ０への回転開始直後のアウタレース８２ａによりクラッチスプリング８２ｅに弾性変形を生じさせてリテーナ８２ｄに対するアウタレース８２ａの正転方向Ａ０への所定角度θ３の回転を許容し、ローラ８２ｃがロック状態になるようにリテーナ８２ｄを保持する前記保持手段とを備えることにより、チェーン１９により駆動されるアウタレース８２ａの停止時から正転方向Ａ０への所定角度θ３の回転直後に一方向クラッチ８２が接続状態になり、インナレース８２ｂ、さらにはリテーナ８２ｄがアウタレース８２ａと共に正転方向Ａ０に回転する。また、運転者が降車した状態で自転車Ｂを後進させたとき、後輪Ｗ_Ｒは逆転方向へ回転するが、クラッチスプリング８２ｅの弾発力によりローラ８２ｃはロック解除状態にされているため、一方向クラッチ８２は遮断状態になるので、後輪Ｗ_Ｒの回転がアウタレース８２ａに伝達されて、無段変速装置Ｔさらにはクランク軸１２に伝達されることがなく、無段変速装置Ｔが保護される。
【００７９】
後輪Ｗ_Ｒの逆転方向への回転を無段変速装置Ｔおよびクランク軸１２に伝達することがなく、しかも後輪Ｗ_Ｒの正転方向Ａ０の回転により直ちに一方向クラッチ８２が接続状態になるようにするためのリテーナ８２ｄの保持手段が、一方向クラッチ８２の開口を覆うカバー８３とフリクションスプリング８５とを用いて、両者の間の摩擦力を利用することにより、簡単な構造で構成することができる。
【００８０】
一方向クラッチ８２のアウタレース８２ａの内周面に形成された凹部８２ｆに、リテーナ８２ｄの突出部ｎおよびクラッチスプリング８２ｅが収容されるので、クラッチスプリング８２ｅを設けたことによる一方向クラッチ８２の大型化が回避される。
【００８１】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
前記実施例では、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３輪車であってもよい。また、前記伝動機構を構成する無端伝動帯および駆動側・被動側回転体は、それぞれベルトおよびプーリであってもよい。
【００８２】
支持リンク５１ａは、前記実施例では１対の側部５１ａ１および連結部５１ａ２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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示し、本発明の無段変速装置が装備された自転車の左側面図である。
【図２】図１の無段変速装置の変速機構を構成するリンクユニット毎の展開断面図であり、例えば図３のＩＩＡ−ＩＩＡ線で示されるように、各リンクユニットについての回転軸の回転軸線および枢軸の中心軸線を通る断面での断面図、および一部分、図３のＩＩＢ−ＩＩＢ線での断面図である。
【図３】最小変速比の状態にあるときの図１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４】図１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５】図６のＶ−Ｖ線での断面図である。
【図６】図１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７】図１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８】図３のＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ線およびＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線での断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線での断面図である。
【図１０】図１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１１のＸ−Ｘ線での断面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線での断面図である。
【図１２】図１の無段変速装置の出力リンク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１３】図１の無段変速装置の出力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１４】図１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に基づいて発生するトルク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１５】図３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ものである。
【符号の説明】
１…ヘッドパイプ、２…メインフレーム、３…ダウンチューブ、４…サドルフレーム、５…フロントフォーク、６…サドル、７…ピボット軸、８…スイングアーム、９…車軸、１０…サスペンション、１１…ケース、１２…クランク軸、１３…ペダル、１４…アイドル軸、１５…入力軸、１６…出力軸、１７…駆動スプロケット、１８…被動スプロケット、１９…チェーン、２０ａ〜２０ｆ…軸受、２２〜２７…ギヤ、２８…一方向クラッチ、２９，３０ａ，３０ｂ…軸受、３１…駆動リンク、３２…伝達リンク、３３…出力リンク、３４，３５…枢軸、３６…一方向クラッチ、３７…リベット、３８…偏心リング、３９〜４１…軸受、４３，４４…スラストワッシャ、４６〜４８…カラー、４９…被覆プレート、５０…軸受、５１…支持部材、５２…中心軸、５３…枢軸、５４…変速操作リンク、５５…操作ワイヤ、５６…ドラム、５７…操作軸、５８…二方向クラッチ、５９…支持軸、６０…中間リンク、６１…枢軸、６２…中間リンク、６３…軸受、６４…ラストワッシャ、６５…ブリーザ管、６６…ドレンボルト、６７，６８…ストッパ、６９…軸受、７０…カラー、７１，７２…軸受、８０…リヤハブ、８１…軸受、８２…一方向クラッチ、８３…カバー、８４…軸筒、８５…フリクションスプリング、８６，８７，８８…シール、Ｂ…自転車、Ｒ…車体フレーム、Ｗ_Ｆ…前輪、Ｗ_Ｒ…後輪、Ｔ…無段変速装置、Ｈ１，Ｈ２…仮想平面、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、Ｍ５…伝達機構、Ｕ１〜Ｕ４…リンクユニット、Ａ２，Ａ３…回動方向、Ｐ１〜Ｐ４…位置、Ｆ…分力、Ｔａ…トルク、ｎ…突出部、ω…角速度。

Claims

それぞれが複数の変速リンクから構成されて、ペダル式クランク軸により回転駆動される入力軸の回転運動を揺動運動に変換する複数のリンクユニットを有する変速機構と、
前記各リンクユニットに連結されて該リンクユニットの揺動運動を前記出力軸の回転運動に変換する一方向クラッチと、
一端部で前記各リンクユニットに枢着された変速操作リンクの他端部を移動させることにより前記出力軸の回転速度を無段階に変速するための変速操作機構と、
を備える無段変速装置であって、
前記各リンクユニットの前記複数の変速リンクのうちの駆動リンクが、前記入力軸と一体に回転するように結合された偏心リングに枢支され、前記無段変速装置は、前後方向で自転車の前輪と後輪との間で、前記前輪の回転軸線および前記後輪の回転軸線を含む仮想平面または該仮想平面の下方近傍よりも上方に配置されたことを特徴とする自転車用無段変速装置。
前記出力軸の端部には、動力伝達用の無端伝動帯が掛けられた駆動側回転体が前記無段変速装置のケースの外側で結合され、前記駆動側回転体および前記無段変速装置は、車体フレームの最下端よりも上方に配置されたことを特徴とする請求項１記載の自転車用無段変速装置。
前記クランク軸と、前記クランク軸に平行に配置されたアイドル軸と、前記クランク軸および前記アイドル軸に設けられて前記クランク軸の回転速度を増速して前記入力軸に伝達する増速ギヤ列とが、前記無段変速装置のケース内に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の自転車用無段変速装置。