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公開番号2025143160
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-01
出願番号2024061108
出願日2024-03-18
発明の名称無段変速可能なフリーホイール
出願人個人
代理人
主分類F16D 41/12 20060101AFI20250924BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】回転を一方向に、かつ無段階に変速して伝達するフリーホイールを提供する。
【解決手段】能動回転体と受動回転体の間にラチェット機構を備え、回転を一方向にのみ伝達するフリーホイール機構において、ラチェット機構の構成要素である爪と歯の一方を能動回転体が保持し、他方を受動回転体が保持し、ラチェット機構の爪は、それを保持する回転体の回転軸方向に揺動可能であり、ラチェット機構の歯は、それを保持する回転体の回転軸方向に突起しており、能動回転体と受動回転体の回転軸は偏芯可能であることを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
能動回転体と受動回転体の間にラチェット機構を備え、
回転を一方向にのみ伝達するフリーホイール機構において、
前記、ラチェット機構の構成要素である爪と歯の一方を前記、能動回転体が保持し、
他方を前記、受動回転体が保持し、
前記、ラチェット機構の爪は、それを保持する回転体の回転軸方向に揺動可能であり、
前記、ラチェット機構の歯は、それを保持する回転体の回転軸方向に突起しており、
前記、能動回転体と前記、受動回転体の回転軸は偏芯可能であることを特徴とする、
無段変速可能なフリーホイール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリーホイールに関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来のフリーホイールは、回転を一方向に等速で伝達する機構であり、変速する為には別に変速機構を設ける必要があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
回転を一方向に、かつ無段階に変速して伝達するフリーホイールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達する為、無段変速可能なフリーホイールは、能動回転体と受動回転体の間にラチェット機構を備え、回転を一方向にのみ伝達するフリーホイール機構において、ラチェット機構の構成要素である爪と歯の一方を能動回転体が保持し、他方を受動回転体が保持し、ラチェット機構の爪は、それを保持する回転体の回転軸方向に揺動可能であり、ラチェット機構の歯は、それを保持する回転体の回転軸方向に突起しており、能動回転体と受動回転体の回転軸は偏芯可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
回転を一方向に、かつ無段階に変速して伝達するフリーホイールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
増速して一方向に回転を伝達する原理図
等速で一方向に回転を伝達する原理図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
一般にフリーホイールとは、自転車のドリブンスプロケットとハブの間にラチェット機構を備え、回転を一方向にのみ伝達する機構であるが、ここでは、自転車のチェーン駆動機構に限定しない為、ドリブンスプロケットを能動回転体、ハブを受動回転体とする。
一般にラチェット機構とは、歯車とその歯に噛み合って、歯車の回転の歯止めとなる爪から構成され、歯車の歯は、歯車の回転軸の周回りの一方向に傾いており、爪は、歯車の歯に噛み合うようバネ等で負勢されている機構である。
歯車の全体形状としては、一般的には、歯車の回転軸と交差する方向へ突起した歯が回転軸の周回りの一方向に傾いた内歯車か平歯車状であるが、ここでは、歯車の回転軸方向に突起した歯が回転軸の周回りの一方向に傾いた冠歯車状となっている。
以下、能動回転体が爪を保持し、受動回転体が歯を保持する実施形態を前提に説明する。受動回転体がその回転軸の周回りに複数の歯を歯車状に保持する形状となるが、歯車状の複数の歯はその回転軸が受動回転体と一致し、一体として動作するので、説明上、歯車とは呼ばず、それらを保持する受動回転体と一括して受動回転体と呼ぶ。
能動回転体と受動回転体の回転軸の偏芯に対応する為、歯幅は受動回転体の回転軸の直交方向に広くなっているが、厳密に直交方向である必要はなく、歯幅方向に直線である必要もない。
爪と歯の数は配置できる限り多いほど円滑に動作するが、数は限定しない。
変速比率の範囲は爪の回転半径に比例する。
【０００８】
そのフリーホイールとしての動作は、一般のフリーホイールと同様で、能動回転体の回転が受動回転体の回転に対して相対的に早い場合は、爪が歯に噛み合って、能動回転体の回転を受動回転体に伝えるが、能動回転体の回転が受動回転体の回転に対して相対的に遅い場合や逆転する場合は、受動回転体の回転軸の周回りに傾いている歯の面を爪の先端が摺動しつつ歯の突起方向に揺動して歯を乗り越えることで、能動回転体の回転が受動回転体の回転に影響せず、その結果、回転を一方向にのみ伝達する。
この動作は、能動回転体と受動回転体の回転軸が偏芯した場合でも同様である。
【０００９】
その無段変速機としての動作は、能動回転体と受動回転体の回転軸が偏芯した場合、爪が歯に接する位置と受動回転体の回転軸との距離が回転に伴って変化する。
複数の爪の中で、受動回転体の回転軸に最も近い位置で歯に接する爪が歯に噛み合って歯を駆動する。
この時、爪の回転半径が、爪が歯に噛み合う位置と受動回転体の回転軸との距離より長い為、能動回転体の回転軸に対する爪の回転角度より受動回転体の回転軸に対する歯の回転角度が大きくなり、増速して回転を伝達する。
その後、回転に伴って、駆動する爪が歯に接する位置が受動回転体の回転軸から遠ざか
り、受動回転体の回転速度が落ちることで、他の爪の中で受動回転体の回転軸に近づき、その前方にある歯に追いつき、接する爪が、歯に噛み合って駆動する動作を繰り返す。
爪の数と歯の数と偏芯距離と回転によって、爪と歯が接する位置は常に変化し、爪と歯は受動回転体の回転軸に最も近い点だけで噛み合うのではなくその近辺で噛み合う。
歯に噛み合って駆動する爪以外の爪は歯に接しても、相対的に受動回転体の回転軸から遠く、接する位置の歯の回転より回転が遅くなるため、フリーホイール機構の動作により、歯に追い越されて、受動回転体の回転に影響を与えない。
爪と歯の数を増やすことで、その噛み合って駆動する範囲を狭め、受動回転体の回転をより等速に近づけ、噛み合う爪と歯の相対移動による摩擦と抵抗を減らすことができる。
伝達する回転速度は厳密には一定ではないが、自転車のような利用用途には支障がない。歯の歯幅方向の形状を受動回転体の回転軸の直交方向に対して直線ではなく、歯幅の各部で回転軸に近い位置より遠い位置がより回転方向に偏差して、受動回転体の回転軸の交差方向に対して傾くか湾曲した形状とすることもできる。
この場合、爪はその回転に伴って受動回転体の回転軸から遠ざかる場合により早く歯から遠ざかり、受動回転体の回転軸に近づく場合により早く歯に接近する。
偏芯により、駆動中に爪が歯に噛み合う位置が移動する為、爪の先端と歯の面で摩擦が生じ、摩耗、抵抗の原因となる。
対策として、図に示すように爪の先端をローラーのような回転体とすることが望ましい。
【００１０】
変速の為に、能動回転体と受動回転体の回転軸を偏芯させる手段は強制でもよいが、上記のように、歯を歯幅方向に傾斜または湾曲した形状として、爪と接する歯の面に傾きを持たせれば、爪が歯を駆動する力の分力で、爪を保持する能動回転体の回転軸を歯を保持する受動回転体の回転軸に近づく方向へ移動し、回転負荷に応じて変速比が変化する自動変速となる。
この場合、能動回転体を受動回転体に対して偏芯した位置の方向に一定の力で負勢するが、さらに、その負勢力を可変とすることもできる。
【符号の説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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