JP3139771B2 - 自転車ハブの動力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術の分野 本発明は、自転車の後輪ハブに取り付けられる動力変
換装置に関し、特に、片側に変速機、反対側に両方向性
のペダル装置、そして、その間にクラッチを具え、自転
車の後輪を駆動させるために、加えられる動力の方向に
拘らず、一方向にのみ動力を出力し、同時に自転車の移
動状況に合わせて自転車の回転速度を変えるための動力
変換装置に関する。

背景技術 一般的に、自転車は３つに分類される：交通手段とし
ての一般自転車、専ら山間での運動に使用されるマウン
テンバイク、及びスポーツイベントに使用される自転車
である。基本的に、上述の自転車は、すべて、自転車フ
レームの前後に前輪と後輪、そして、２つの車輪の間
に、動力供給源としての一組のペダルを含む。自転車の
駆動力は、ペダルを漕ぐことで得られ、それから、その
力は、駆動スプロケット、チェーン、従動スプロケット
を順次経由して、後輪に伝えられる。しかしながら、殆
どの自転車は、前方にペダルを漕いだときのみ、前方に
移動できる。すなわち、後方にペダルを漕いだときは、
前方に移動できない。この種の一方向性の自転車は、乗
り手が長時間自転車に乗るとき、乗り手の脚の疲労や、
足の筋肉の偏った発達の原因になりやすい。

従って、その問題を解決するため、多くの発明家が、
従来の一方向性の自転車に利用できる両方向性のペダル
装置の開発に努力してきた。今まで開発された、前方、
後方、どちらにペダルを踏んでも前方に自転車が移動す
る両方向性のペダル装置は、そのために採用された方法
に従って、大まかに３つに分類できる。すなわち、補助
歯車、傘歯車、そして遊星歯車を使った方法である。こ
こでの、両方向性のペダル装置は、前方、或いは、後方
に自転車のペダルを漕ぐときはいつでも前方に移動でき
る自転車の装置に属し、従来の自転車のように、後方に
自転車のペダルを漕ぐとき、もし、必要であれば、選択
式にレバーをコントロールすることによって、空転させ
ることも出来る。

両方向性のペダル装置に関する代表的な発明として、
マンズールソ達が、補助歯車を採用した両方向性のペダ
ル装置（EPO公告番号0.369,925）を発表し、フォスター
が傘歯車とクラッチを採用した両方向性のペダル装置
（米国特許第5,435,583号）を発表し、本出願人が遊星
歯車を採用した両方向性のペダル装置（出願番号PCT/KR
96/00236）を発表している。

前述の発明は、動力の方向を変えるために、共通して
中間歯車（補助歯車、傘歯車、遊星歯車）を具えている
が、動力の方向を変えるための方法、動力変換中の加え
られた負荷の各部分への分配の程度、部品の精度、従来
の自転車との互換性において、違いもある。しかし、発
明はすべて、後輪のシャフトではなく、ペダルシャフト
に取り付けられるように開発されている。

特に、本出願人によって発明された両方向性のペダル
装置（出願番号PCT/KR96/00236）は、部品の精度、動力
変換時の滑らかさ、従来の自転車のペダルシャフトに直
接取り付けられる互換性の面で、多くの利点がある。し
かしながら、駆動スプロケットの形とクランクの部品
は、従来の自転車のそれらとは違うので、これらの部品
は、従来の自転車に装置を取り付けるとき、新しいもの
に交換される必要がある。

また、本出願人によって発明された両方向性のペダル
装置は、上述の装置のように、ペダルシャフトの外側に
取り付けられるため、取り付けられた装置は、自転車フ
レームの外側に向かって突き出ている。突き出た装置
は、乗り手がペダルを漕ぐのを妨げることがある。さら
に、自転車枠の外側に向かって突き出た両方向性のペダ
ル装置を、持ち運び用に折り畳めるように新しく開発さ
れた自転車に取り付けることは難しい。

このように、上記の問題は、後輪のシャフトに取り付
け可能な新しい両方向性のペダル装置の開発についての
要求を高めている。

一方、ペダルを漕ぐ間の脚の疲労を減らし、ペダルに
加えられるエネルギーを有効に利用するため、ペダルを
漕ぐリズムとペダルに当てられるペダルを漕ぐ力は、一
定であるほうが良い。駆動スプロケットと従動スプロケ
ットの間の歯車比（ギア比）をコントロールし、それに
よって、駆動抵抗によるペダルを漕ぐ力を自転車の駆動
に正確に振り向ける自転車用変速機が、前述の状態を満
足させるために開発されている。

変速機（transmission）には、外付け式と内付け式が
ある。外付け式は、チェーンをペダルシャフトとハブシ
ャフトに取り付けられている多くの異なる直径を有する
スプロケットに順次接触させながら、直接、ギア比を変
える。内付け式の変速機では、遊星歯車を後輪ハブの本
体に取り付けることによって、ギア比を変える。内付け
の変速機は、外付け式の変速機と比べ、より小型化で
き、内付け式の変速機がハブシャフトに取り付けられて
いるので、埃の流入や異質物を妨止すると同時に、外部
からの衝撃から防ぐことができる。これらの利点のた
め、内付け式の変速機は、広く一般自転車に用いられて
いる。ここで、日本の公開されている特許公告平成５年
第65094号（1993年３月３日）を、内付け式の変速機に
関する発明の例として参照することができよう。

後輪ハブに取り付けられる内付け式の変速機に関する
変速機それ自体の効率を高めるため、或いは、ギア比を
コントロールするための、さらなる発明がある。しかし
ながら、動力の方向を変換するための、両方向ペダル装
置を含む内付け式の変速機は、知られていない。

上述の通り、両方向ペダル装置の多くは、後輪のハブ
シャフトではなく、ペダルシャフトに、取り付けられて
いる。また、ハブシャフトに関する発明の殆どは、変速
機のみに限られており、変速機と両方向ペダル装置の両
方を含む多目的自転車のための研究成果を見出すことは
難しい。

かくして、人間の脚の筋肉のバランスのとれた発達の
ための両方向ペダル装置とペダルに加えられるエネルギ
ーを効率よく利用するための変速機を具えた自転車と、
同時に、高い安全性とその中にすべての部品を取り付け
る扱いにおける便利さを兼ね備えた自転車の多目的装置
というものへの需要が高まっている。

発明の説明 自転車の運転中に人間の脚の筋肉を効率よく、且つ、
均等に発達させ、駆動力を最大限に利用する自転車に関
する多目的付属装置を提供することが、本発明の目的で
ある。

本発明の特徴は、両方向ペダル装置と改良された変速
機が、両方とも後輪のハブシャトに取り付けられている
ことである。従って、両方向ペダル装置は、乗り手の脚
の筋肉をバランス良く発達させ、変速機は乗り手の運動
について、効率を最大限にする。

本発明による自転車ハブの動力変換装置の基本的な構
造は次の通りである。第一に、変速部がハブシャフトの
一端に取り付けられ、両方向ペダル装置部（BDPA）がそ
の他方の端に取り付けられ、クラッチが中央部に取り付
けられる。それから、上記３つの部品のサブアセンブリ
ーが、ハブシェルに差し込まれ、ハブシェルの両端は、
一端のカバーと他端の補助駆動スプロケットによって閉
じられる。

動力変換装置の変速部は、１つの太陽歯車と１つのキ
ャリアと１つのリングギアを含む。上記構造を具えた変
速部は、クラッチ、或いは、後述されるBDPA部から動力
を受ける。変速部に加えられる動力は、異なる経路を経
由してハブシェルに伝えられる。自転車の後輪は、動力
変速装置の経路に従って、低、中、高の速度で駆動され
る。

また、本発明のクラッチは、外側の一端に複数の傾斜
したトング（tongue）と、他端に突起を具えたスプライ
ンのついた中空の円筒の形をしている。上記の構造を具
えたクラッチは、変速部に面する片側のキャリヤと分離
可能に連結され、BDPA部に面する反対側のリングギアに
接続されている。クラッチの位置は、ハブシャフトに取
り付けられたレバーによって、左右に切り替え可能であ
る。クラッチは、動力を変速部に全く伝えない（低速と
中速）か、或いは、その位置を変えることによって、動
力を変速部のキャリヤに伝える（高速）。

また、本発明のBDPA部は、１つのリングギアと１つの
ラチェットホイールと２つのキャリヤを含む。その構造
を具えたBDPA部は、後述される駆動ホイールから動力を
受け、受けた動力をクラッチと変速部へ伝える。BDPA部
は、ドライブホイールから伝えられた動力の方向に関係
なく、常に時計回りに（自転車の進行方向に関して右か
ら見た場合）動力を加える。かくして、両方向ペダル装
置から動力を受けられるように位置している構成部（ク
ラッチ、変速部、及び後述のハブシェル）は、時計回り
にのみ回転する。

一方、多段を具えた円筒形のハブシェルは、本発明の
構成部を受けるためのハウジングとして作用する。２つ
のラチェットが、動力を変速部から受けるために、ハブ
シェルの内壁に形成されている。また、フランジが、後
輪のスポークと連結されるように、その外側の両端に形
成されている。

また、本発明の駆動ホイールは、従動スプロケットと
一体に連結されているが、ハブシャフトには回転できる
ように連結される。かくして、駆動ホイールは、従動ス
プロケットを経由してペダルから生じた動力を受け、受
けられた動力をBDPA部に伝える。また、ピンレバーが、
BDPA部をコントロールするためにハブシャフトに差し込
まれる。

以上の説明をまとめると、本発明による自転車の動力
変換装置は、変速部、クラッチ、BDPA部、ハブシャフ
ト、カバー、そして、従動スプロケットを含み、これら
が順次接続される。本発明の装置は、ハブシャフトのフ
ランジをスポークに連結することによって、従来の自転
車の枠の後部のフォークの先端に装着可能であり、かく
して、自転車の後輪に取付けられる。

本発明による動力変換装置の動力変速機経路を、簡単
に説明する。第１に、ペダルから生み出された動力は、
クランク、駆動スプロケット、チェーンを次々に経由し
て、従動スプロケットに伝えられる。従動スプロケット
は、駆動ホイールとともに回転しながら動力を本発明の
装置に供給し、動力をその回転方向に関係なくBDPA部に
伝える。BDPA部は、受けられた動力をクラッチと変速部
に伝え、変速部はその伝えられた動力を末端のハブシェ
ルに供給する。かくして、ハブシェルに供給された動力
が自転車の後輪を駆動する。

上述の通り、本発明による自転車の動力変換装置にお
いては、従来の技術において突き出たペダルシャフトに
取り付けられていたBDPA部は、後輪のハブシェルに取り
付けられるため、ペダルを反対に踏むことによって、不
便もなく前方に進行でき、同時に、変速部は、自転車を
駆動させるために必要とされるエネルギーを有効に利用
するように、BDPA部とともにハブシェルに取り付けられ
る。また、自転車の動力変換装置は、従来の自転車の後
輪に簡単に装着でき、そのため、従来の自転車の部品と
の互換性が改良される。

図面の簡単な説明 図１は、本発明による自転車ハブの動力変換装置の断
面図。

図２は、図１に示されている自転車ハブの動力変換装
置の分解斜視図。

図3Aと3Bと3Cは、本発明による動力変換装置の変速部
の第１キャリヤのそれぞれ、左側面図、正面断面図、右
側面図。

図4Aと4Bと4Cは、本発明による動力変換装置の変速部
の第１リングギアのそれぞれ、左側面図、正面断面図、
右側面図。

図5Aと5Bと5Cは、本発明による動力変換装置の両方向
ペダル装置（BDPA）部の第２リングギアのそれぞれ、左
側面図、分解された正面断面図、右側面図。

図6Aと6B図は、本発明による動力変換装置のBDPA部の
第２キャリヤのそれぞれ、正面断面図、ａ−ａ線に沿っ
た断面図。

図７は、本発明による動力変換装置のBDPA部のラチェ
ットホイールの分解された正面断面図。

図8Aと8B図は、本発明による動力変換装置のBDPA部の
第３キャリヤのそれぞれ、正面断面図、ａ−ａ線に沿っ
た断面図。

図9Aと9Bと9Cは、本発明による動力変換装置のドライ
ブホイールのそれぞれ、左側面図、正面断面図、右側面
図。

図10Aと10Bと10Cは、それぞれ動力が時計回り、反時
計回りに加えられたときの運転中の状態とアイドリング
状態を説明している、図１のａ−ａ線に沿った断面図。

図11は、本発明の動力変換装置において、速度を第１
段階に変えるときの運転中の状態を示す図。

図12は、本発明の動力変換装置において、速度を第２
段階に変えるときの運転中の状態を示す図。

図13は、本発明の動力変換装置において、速度を第３
段階に変えるときの運転中の状態を示す図。

発明を実施する最適の形態 図１及び２を参照して、本発明の動力変換装置を大ま
かに説明する。

図１と２において、本発明の動力変換装置の変速部
（transmission）Ｉは中央ハブシャフト10の左側、クラ
ッチ40と両方向ペダル装置（BDPA）部IIは中央ハブシャ
フト10の中央と右側に、それぞれ配置されている。ま
た、クラッチ40、BDPA部、変速部Ｉを含むサブアセンブ
リーは、ハブシェルによって包まれている。駆動ホイー
ル90に接続された支持ロッド２と従動スプロケット94
は、動力変換装置の左右端部にそれぞれ取付けられてい
る。

ハブシャフト10の左右の部分は、中空の筒状であり、
レバー３とピンレバー４が左右の部分にそれぞれ差し入
れられている。ここで、レバー３はクラッチ40を、ピン
レバー40は、BDPA部の第３のキャリヤ80を、それぞれ、
コントロールする。また、ハブシャフト10の左右の部分
は、従来の自転車にこの動力変換装置を取付けるとき
に、自転車のフレームに取付けられるねじ状の外表面と
なっている。ここで、支持ロッド２は、本発明の動力変
換装置を自転車のフレームに固定するための補助的な手
段として使用される。

以下に、本発明の動力変換装置を図面を参照して、詳
細に説明する。

上記のように、本発明の動力変換装置は、基本的に、
変速部Ｉ、クラッチ40、BPDA部IIを含む。また、これら
の３つの部分は、ハブシャフト10を中心にして連結さ
れ、サブアセンブリーを形成するようにハブシェル100
によって包まれている。さらに、サブアセンブリーの両
側は、最終的なユニットを形成するようにカバー５と10
3によって閉塞されている。従って、本発明は、その周
りにすべての部品が取付けられるハブシャフト10、そし
て、変速部Ｉ、クラッチ40、BPDA部II、及びその他の要
素を含む主要な構成要素の順に詳細に説明される。

詳細な記述に先立って、以下の点を明瞭にする。すな
わち、本発明の動力変換装置は回転運動をするためのも
のであるから、装置の主要部は、円形で、筒状、又は中
空の筒状をしている。また、動力変換装置中に採用され
たすべてのラチェットは、両方向ラチェットである第４
のラチェット72を除いて、前方向ラチェットである。

最初に、本発明による動力変換装置のハブシャフト10
を、図１と２を参照して説明する。図２に示されるよう
に、このハブシャフト10は、多段を具えた中空シャフト
を有している。このハブシャフト10の外側には、ねじ
部、第１のスプライン11、第１の太陽歯車12、第１のピ
ン孔13、第２のスプライン14、第２のピン孔15、及びそ
の他のねじ部が、左から右へ形成されている。また、ハ
ブシャフト10の内側にも、左右の部分に筒状の孔が形成
されているが、この筒状の孔は、ハブシャフト10を貫通
していない。後述する動力変換装置の構成要素は、上記
の順序で形状が形成されたハブシャフト10に取付けられ
る。

動力変換装置の主たる要素の１つである変速部Ｉを、
図１乃至4Cを参照して説明する。変速部Ｉは、後で、順
に説明される第１太陽歯車12、第１のキャリヤ20、及び
第１のリングギヤ30を含む。

変速部Ｉの第１の太陽歯車12は、回転しないように、
ハブシャフト10の左側に一体的に形成されている。

変速部Ｉの第１のキャリヤ20は、図1,2,3Aから3Cに示
されるように、中空の筒状である。２つの開口25が第１
のキャリヤ20の左側の外周上に形成されており、４つの
孔が周上に形成され、第３のスプライン溝24が右側の内
部に形成されている。第１の爪21が、左側の外周に沿っ
て形成された開口25内に入れられている。また、複数の
遊星歯車22が、第１のキャリヤ20の円周上に形成された
孔に配置され、各遊星歯車22の中心には、第１のキャリ
ヤ20の軸方向と同方向に回転するように、遊星歯車シャ
フト23がある。

上記の形状の第１のキャリヤ20においては、第１のキ
ャリヤ20の第１の爪21は、後述するハブシェル100の第
１のラチェット101に係合し、遊星歯車22の内側は第１
の太陽歯車12に係合し、第１のキャリヤ20の第３のスプ
ライン溝24が、後述するクラッチ40の第３のスプライン
41に係合する。

変速部Ｉの第１のリングギヤ30は、第1,2,4A乃至4Cに
示されるように、中空の筒状である。第１の歯車31は、
左側の内壁に形成され、２つの孔がその周上に形成さ
れ、第３のラチェット32が右側の内壁に形成されてい
る。第２の爪33はスプリング34によって弾性的に第１の
リングギヤ30の孔中に取付けられる。ここで、第２の爪
33はブーメランに似た形で、第２の爪33の中心は、第１
のリングギヤ30の軸と平行に取付けられている。

上記の形状の第１のリングギヤ30において、第１の歯
車31は遊星歯車22の外側に係合し、第２の爪33の外側は
ハブシェル100の第２のラチェット102に係合し、その内
部はクラッチ40の突起42に係合し、第３のラチェット32
は、後述するBDPA部IIの第２のリングギヤ50の第３の爪
55に係合する。

上記のような構成の変速部Ｉは、BDPA部IIからの動力
を受け、以下に説明されるクラッチ40の位置に応じて、
低速、中速、又は高速で、その動力をハブシェル100に
伝達する。

本発明による動力変換装置のクラッチ40は、図１と２
に示されるように中空の筒状である。クラッチ40は、左
側の外部にある多数の傾斜トングを具えた第３のスプラ
イン41と、その円周を貫通して設けられた２つの孔と、
右側の外部の４つの突起42を具えている。上記の形状の
クラッチ40において、第３のスプライン41は変速部Ｉの
第１のキャリヤ20の第３のスプライン溝24に係合し、４
つの突起42は、後述するBDPA部IIの第２のリングギヤ50
の４つのスロット52にスライド可能に連結されている。

ハブシャフト10を中心にクラッチ40を取付けるため
に、固定リング43、クラッチキー44、クラッチリング4
5、クラッチスプリング46等を含む補助部品が必要であ
る。それぞれの補助部品の形状は、これから説明する組
立過程を理解すれば、想像され得るであろう。クラッチ
40の組立において、その円周上に２つの孔を具えた固定
リング43は、第１のピン孔13に接触させるように、まず
ハブシャフト10に通され、クラッチ40は固定リング40の
上に置かれる。それから、ハブシャフト10の第１のピン
孔13、固定リング43の孔、クラッチ40の孔が、整合さ
れ、クラッチキー44がそれぞれの２つの孔に貫通され
る。さらに、その左側に一組の顎（jaw）を具えたクラ
ッチリング45が、クラッチキー44が貫通された上記の組
立体の上に置かれ、このようにしてクラッチキー44はク
ラッチリング45の顎によって固定される。この組み立て
られたクラッチ部の外部は、クラッチ40を弾性的にコン
トロールするクラッチスプリング46によって支持され
る。クラッチ40は、レバー３によってコントロールされ
る。すなわち、クラッチ40の位置は、レバー３を引くと
右に移動され、レバーを解除すると、クラッチ40は始め
の位置に戻る。クラッチ40は、高速走行のために左側に
移動されている間は、BDPA部IIからの動力を変速部Ｉへ
伝達するが、中速と低速走行のために右側に移動されて
いる間は、動力を変速部Ｉに伝達しない。

BDPA部IIを、図1,2,5A乃至8Cを参照して説明する。BD
PA部IIは、第２のリングギヤ50、第２のキャリヤ60、ラ
チェットホイール70、第３のキャリヤ80を含み、これら
について、以下に説明する。

BDPA部IIの第２のリングギヤ50は、図5Bに示されるよ
うに、別々に製造された３つの部品を結合させることに
よって、サブアセンブリー（図２参照）を形成してい
る。サブアセンブリーは、各要素が回転運動中に一定的
に回転するため、１つの部品とみなすことができる。

２つの開口51が左側の円周に形成され、４つのスロッ
ト52が左側の内部に形成されている。また、第２の歯車
53が中間部の内壁に形成され、第５のラチェット54が、
右側の内壁に形成されている。第３の爪55が、左側の円
周に形成された２つの開口内に配置される。

上記の形状の第２のリングギヤ50において、第３の爪
55は第１のリングギヤ30の第３のラチェット32に係合
し、４つのスロット52はクラッチ40の４つの突起42にス
ライド可能に各々取付けられている。また、第２のギヤ
53は後述の第２のキャリヤ60の２段階の遊星歯車63に係
合し、第５のラチェット54は、後述の第３のキャリヤ80
の第５の爪85に係合する。

BDPA部IIの第２のキャリヤ60の形状は、図1,2,6A,6B
に示された中空のシリンダと似ている。ナット孔61が左
側の円周を貫通し、第２のスプライン溝62が左側の内部
に形成されている。また、４つの孔が第２のキャリヤ60
の円周を貫通し、２段遊星歯車63は、各孔にある対応す
る遊星歯車シャフト64によって回転可能に取付けられて
いる。上記の形状の第２のキャリヤ60は、ハブシャフト
10の第２のスプライン14に連結され、ボルト（図示せ
ず）が、第２のキャリヤ60がハブシャフト10から滑らな
いようにナット孔61に貫通されているので、第２のキャ
リヤ60は一体的にハブ10に連結される。

図２に示されるように、２段遊星歯車63のそれぞれの
小さなギヤは、第２の太陽歯車71に係合し、それぞれの
大きなギヤは第２のリングギヤ50の第２のギヤ53に係合
する。第２のキャリヤ60自体は回転しないが、２段遊星
歯車63が回転する間だけ、反時計回りにかけられた動力
を時計回りに変換する。

２段遊星歯車63は、組になったギヤの直径と異なる割
合である他の２段遊星歯車と取替可能に設計されている
ので、そうすることによって、２段遊星歯車を含むBDPA
部IIは、変速手段としても役立つ。

BDPA部IIのラチェットホイール70は、図７に示される
ように別々に製造された２つの部品を結合させることに
よって形成されたサブアセンブリー（図２参照）であ
る。第２の太陽歯車71はラチェットホイール70の左側に
位置し、第４のラチェット72はラチェットホイール70の
右側の内壁に形成されている。

ラチェットホイール70の第２の太陽歯車71は、第２の
キャリヤ60の２段遊星歯車63に係合し、第４のラチェッ
ト72は第３のキャリヤ80の第４の爪84に係合する。周囲
の部品と係合しているラチェットホイール70は、ハブシ
ャフト10の周りに回転可能に取付けられ、受け入れた動
力を第２のキャリヤ60に伝達するように、反時計回りの
力だけを受け入れる。故に、ラチェットホイール70は、
反時計回りにのみ回転する。

最後に、BDPA部IIの第３のキャリヤ80は、図1,2,8A,8
Bに示されるように、中空の筒状である。

２つの溝81が、第３のキャリヤ80の周上に切り込ま
れ、第４と第５の爪84,85が、溝81内に爪シャフト86に
よって回転可能に連結されている。ここで、第４と第５
と爪84,85は、２つの端部が切欠かれた三角形状（図10
参照）で、爪スプリング87（図１参照）の弾性によって
対角線上に連結されている。また、４つの溝83が、第３
のキャリヤ80の軸に平行に、第３のキャリヤ80の内壁に
形成されている。上記の形状である第３のキャリヤ80に
おいて、第４の爪84がラチェットホイール70の第４のラ
チェット72に係合し、第５の爪85が第２のリングギヤ50
の第５のラチェット54に係合する。また、第３のキャリ
ヤ80の内壁に形成された溝83が、駆動ホイール90のそれ
ぞれのトング91に当接させられている。ここで、溝83の
幅は、トング91の２倍かそれ以上である（図10参照）。
第３のキャリヤ80は、動力分配機として周囲の部品に連
結され、駆動ホイール90からの時計回りの動力を、第５
の爪85と第５のラチェット52を使用して第２のリングギ
ヤ50に伝達し、駆動ホイール90からの反時計回りの動力
を、第４の爪84と第４のラチェット72を使用してラチェ
ットホイール70に伝達する。

次に、動力変換装置の駆動ホイール90を、図1,2,9A乃
至9Cを参照して説明することにする。中空の筒状である
駆動ホイー90は、左側の外部に４つのトング91を具え、
ピン98が貫通する２つの孔92が左側の円周上に形成さ
れ、開口93が右側の円周上に形成されている。ここで、
従動スプロケット94は、開口93にしっかりと固定されて
いる。

上記の形状の駆動ホイール90において、トング91は、
第３のキャリヤ80の第４の爪84と第５の爪85の下に位置
する。故に、駆動ホイール90は、従動スプロケット94の
回転方向に応じて、選択的に、動力をBDPA部IIに伝達す
る。

他方、図1,2に示されるように、第２のキー96を保持
するためのキーホルダー95は駆動ホイール90の左側の下
に位置し、中間部にねじこまれる第２のキー96はピンレ
バー４の一方の端部にねじ止めされる。キーホルダー95
の外部は、右向きにテーパ加工されており、ドライホイ
ール90の孔92に摺動可能に貫通されたピン98の上方向と
下方向の動きをコントロールするようになっている。す
なわち、ピンレバー４を引くと、キーホルダー95が右に
移動し、ピン98が上昇させられる。一方、ピンレバー４
を解放して、キーホルダー95をもとの位置に戻すと、ピ
ン98ももとの位置に戻る。

最後に、動力変換装置のハブシェル100は、図１と２
に示されるように、多段の中空の筒状である。第１と第
２のラチェット101,102は、その左側と中間の内壁にそ
れぞれ形成されている。ハブシェル100は、第１のリン
グギヤ30（中速度、又は高速）又は第１のキャリヤ（低
速）から動力を受けることによって、自転車の後輪を動
かす。また、ハブシェル100も、本発明の動力変換装置
に使用される部品を保護するハウジングとして機能す
る。ハブシェル100の右端部は、カバー103によって閉鎖
されている。

図１と２の参照番号６は、本発明の動力変換装置をハ
ブシャフト10に固定するためのナットを示し、参照番号
７は、動力変換装置をスムーズに回転させるためのベア
リングを示している。

上記の構成を有する本発明による動力変換装置の操作
上の効果を、以下に説明する。

本発明の動力変換装置は、動力の回転方向と、動力の
入力−出力の割合を同時にコントロールするものである
から、そのような動力変換装置の操作上の効果を、加え
られた動力の方向を、時計回りと反時計回りに分類する
ことによって説明することにする。

まず、動力が時計回りに加えられた場合について説明
する。ここで、動力がBDPA部IIに加えられるまでの過程
を説明した後、第１のステージ（低速）、第２のステー
ジ（中速）、及び第３のステージ（高速）の速度変換過
程を順を追って説明する。

第１に、動力変換装置に時計回りの力が加えられる
と、従動スプロケット94は時計回りに回転し、従動運転
スプロケット94と一体に形成されている駆動ホイール90
も、従動スプロケット94と一緒に時計回りに回転する。
ここで、図10Aに示すように、駆動ホイール90のトング9
1が第３のキャリヤ80の第４の爪84（点線で示されてい
る。）を上昇させる。その結果、第４の爪84がラチェッ
トホイール70の第４のラチェット72から解放され、同時
に、第３のキャリヤ80の第５の爪85（実線で示されてい
る。）は上昇されずに、爪スプリング87（図１参照）の
弾性によって、第２のリングギヤ50の第５のラチェット
54に係合する。このようにして、駆動ホイール90、第３
のキャリヤ80、第２のリングギヤ50が、一体的に、時計
回りに回転する。

時計回りに加えられた動力は、その方向を変えること
なく第２のリングギヤ50に到達し、そして、変速部Ｉ
に、第１、第２、第３のステージである回転速度に変換
するよう伝達される。

次に、回転速度が変速部Ｉによって、第１のステージ
に変換される過程を、図11を参照して説明する。第１の
ステージの回転速度を得るための前提条件として、ハブ
シェル100の第２のラチェット102から第２の爪33を解放
するようにレバー３を引くことによって、クラッチ40の
第３のスプライン41により第１のリングギヤ30の第２の
爪33の一端部が上昇させられなければならない。

ここで、レバー３の一方の端部が引かれると、レバー
３の他端部は、ハブシャフト10に配置された固定ピン８
を中心として右側に押されるので、クラッチ40は、図11
に示されるように右方向に移動する。故に、レバー４の
他端に接するクラッチキー44、固定リング43、及びクラ
ッチリング45が互いに押し合い、それによって、クラッ
チ40は右に移動する。

第１のステージの回転速度では、動力は、図11に示さ
れるように、第２のギヤ50、第１のリングギヤ30、第１
のキャリヤ20、ハブシェル100に、順次伝達される。動
力が第１のリングギヤ30から第１のキャリヤ20の遊星歯
車22に伝達されるとき、回転速度は減速される。ここ
で、減速の割合はギヤの割合によって左右され、ここで
の減速は、一般の減速変換手段と同じである。

変速部Ｉによって第２のステージに変換される回転速
度の過程が、図12を参照して説明される。第２のステー
ジの回転速度を得るための前提条件としては、クラッチ
40の第３のスプライン41が、レバー３を半分引くことに
よって、第１のリングギヤ30の第２の爪33の近くに位置
しなければならない。故に、第２のリングギヤ50から加
えられた動力は、第１のキャリヤ20ではなくて、第１の
リングギヤ30のみに伝達される。他方、クラッチ40は第
２の爪33に達していないので、第１のリングギヤ30の第
２の爪33は、ハブシェル100の第２のラチェット102に係
合している。

第２のステージの回転速度においては、図12に示され
るように、動力は第２のリングギヤ50、第１のリングギ
ヤ30、ハブシェル100に、順次、伝達される。動力が第
１のリングギヤ30から加えられ、それからハブシェル10
0に伝達される場合、動力の適用と伝達速度は、ギヤ比
が同じであるから、互いに同じとなる。ここで、第１の
リングギヤ30に係合している第１のキャリヤ20が第１の
リングギヤ30とともに回転するが、第１のキャリヤ20が
減速して回転するので、動力はハブシェル100に伝達さ
れない。

変速部Ｉによって、回転速度が第３のステージに変換
される過程は、図13を参照して説明される。第３のステ
ージの回転速度を得るための前提条件としては、レバー
３が動くことなく最初の位置にあり、クラッチ40の第３
のスプライン41が、第１のキャリヤ20の第３のスプライ
ン溝24に係合していなければならない。

第３のステージの回転速度において、図13に示される
ように、動力は、第２のリングギヤ50、クラッチ40、第
１のキャリヤ20、第１のリングギヤ30、ハブシェル100
に、順次、伝達される。第１のキャリヤ20から第１のリ
ングギヤ30に動力が伝達されるとき回転速度が増加して
いるので、第２のリングギヤ50から加えられた動力は、
第１のリングギヤ30を飛ばしてクラッチ40を通って、直
接、第１のキャリヤ20に伝達される。すなわち、第１の
リングギヤ30は第２のリングギヤ50よりも高速で回転し
ているので、第３の爪55は第３のラチェット32に係合し
ない。

次に、動力変換装置に加えられる動力が反時計回りの
とき、動力をBDPA部IIに伝達する過程について説明す
る。この場合、従来スプロケット94は反時計回りに回転
し、従動スプロケット94と一体に形成された駆動ホイー
ル90も、従動スプロケット94と一緒に反時計回りに回転
する。ここで、図10Bに示されるように、駆動ホイール9
0のトング91は、第３のキャリヤ80の第５の爪85（実線
で示されている。）を上昇させる。結果として、第５の
爪85は、第２のリングギヤ50の第５のラチェット54から
解放され、同時に、上昇されない第３のキャリヤ80の第
４の爪84（点線で表現）は、爪スプリング87（図１参
照）の弾性によって、ラチェットホイール70の第４のラ
チェット72に係合される。このようにして、駆動ホイー
ル90、第３のキャリヤ80、ラチェットホイール70は、一
体として反時計回りに回転する。

駆動ホイール90から反時計回りの動力が加えられ、そ
の方向を変えることなくラチェットホイール70に到達し
たとき、ラチェットホイール70は動力を第２のキャリヤ
60の２段遊星歯車の小さい方のギヤに伝達する。ここ
で、２段遊星歯車63は、それ自身のシャフトを中心に回
転する間、動力の回転方向を時計回りに変換するので、
動力は２段遊星歯車63の大きい方のギヤを通して第２の
リングギヤ50に伝達される。このようにして、駆動ホイ
ール90に加えられた反時計回りの動力の回転方向は、ラ
チェットホイール70と第２のキャリヤ60を通して変換さ
れるので、第２のリングギヤ50は時計回りに回転する。
動力をBDPA部IIを伝達した後、動力を変速部Ｉへ伝達す
る過程は、ドライブホイール90から時計回りの動力が加
えられたときと同様である。

本発明の動力変換装置に使用された２段遊星歯車63に
おいて、２段遊星歯車63を構成する各組の直径の比は、
第２のキャリヤ60から第２のリングギヤ50への動力伝達
速度が一定となるように、コントロールされている。し
かしながら、BDPA部IIの回転速度が減速又は増加するこ
とが望まれるから、２段遊星歯車63の小さいギヤと大き
いギヤの直径の比を変えることができよう。このように
して、変速部Ｉにおいて、３つのステージの速度変換の
組合せによる様々な素度に、回転速度をコントロールす
ることができる。

第３に、駆動ホイール90がアイドリングしている間の
動力変換装置の動力伝達過程を、図10Cを参照して説明
する。

駆動ホイール90のアイドリングは、動力が反時計回り
に加えられたときのみに可能であり、前述の動力が時計
回りに加えられたときと同様に、動力は伝達される。

駆動ホイール90のアイドリングのための前提条件とし
ては、ピン98（図1,2参照）が、駆動ホイール90の左側
の円周上に形成された孔92から、ピンレバー４を引き上
げることによって上昇されていなければならない。

この状態は図10Cに示されているが、他の第４の爪84
もピン98によって上昇されていることを除けば、図10B
と同様である。この状態は、第３のキャリヤ80の第４と
第５の爪84,85の双方が、第４と第５のラチェット72,54
からそれぞれ解放されていることを意味する。故に、駆
動ホイール90の動力は、BDPA部IIに伝達されず、駆動ホ
イール90はアイドルとなる。

さらに付加すると、駆動ホイール90が反時計回りのと
き、第３のキャリヤ80が回転することを防止するため
に、第３のキャリヤ80を支持するためのリング88が、第
３のキャリヤ80とラチェットホイール70の間に挿入され
る。

産業上の利用可能性 上記のように、本発明による自転車のハブの動力変換
装置は、コントロールレバーによって、加えられた動力
の方向と速度を自由に変換することができる。

本発明の装置は、従来の自転車の部品に見事に調和す
るので、本発明の装置は従来の自転車に取付けることが
できる。そして、本発明の装置は、動力が加えられる方
向を考慮せずにあらゆる場合に自転車を前進運転するこ
とができ、一般的な自転車のように、もし必要ならば、
後方向にペダリングしたときにアイドリングすることも
できる。さらに、加えられた動力の速度は、３つの段階
に変換することができる。ここで、３つ又はそれ以上の
速度変換は、装置に含まれる部品を部分的に交換するこ
とによって、可能となる。

運転者が本発明の装置の自転車を運転するとき、運転
者の足の筋肉は釣り合いを保って発達させることがで
き、同時に、ペダルにかける力は効果的に利用される。
そして、本発明のの装置は、その全ての部品を含む自転
車の多目的の付属装置となり、高い安全性と操作の快適
性を提供する。加えて、部品の精密さと回転の効率、耐
久性、操作の信頼性は、部品の精密性を増進させること
によって改善される。

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の遊星歯車を採用した変速部を含む自
   転車の動力変換装置であって、 前記動力変換装置の中心シャフトとしてすべての構成要
   素を支持するためのハブシャフトであって、一端が変速
   手段に、中央部が接続手段に、他端が両方向ペダル装置
   （BDPA）手段に接続されているハブシャフトと、 接続手段とBDPA手段から得た動力を多段に変換し、結果
   として生じる動力をハブシェルに伝えるための変速手段
   と、 BDPA手段から動力を受け、受けた動力を前記変速手段に
   伝えるための接続手段と、 方向変換された動力を前記変速手段に伝えるように入力
   手段から時計回り、又は反時計回りに与えられた動力の
   方向を時計回りに変換し状況に応じて入力手段から反時
   計回りに与えられた動力をブロックするためのBDPA手段
   と、 一組のペダルから生じた動力を前記BDPA手段に提供する
   ための入力手段と、そして、 ハウジングとして前記変速手段、前記接続手段、及び前
   記BDPA手段を保護し、同時に前記変速手段から動力を受
   けることによって自転車を駆動させるために前記ハブシ
   ャフトの周りに取り付けられたハブシェルとを有してな
   る、 自転車ハブの動力変換装置。
2. 【請求項２】前記ハブシャフトが多段を具えた中空の形
   状で、ねじ部、第１のスプライン、第１の太陽歯車、第
   １のピン孔、第の２スプライン、第２のピン孔、及びも
   う１つのねじ部が、この順序で前記ハブシャフトに形成
   されている、請求項１の動力変換装置。
3. 【請求項３】請求項１の動力変換装置であって、前記変
   速手段が、 回転しないように前記ハブシャフトの左の部分に一体的
   に形成された第１の太陽歯車と、 中空の筒形状であって、左側の外周に少なくとも１つの
   開口を具え、そこに該開口の数と同じ数の第１の爪が取
   り付けられ、外周に少なくとも１つの開口を具え、該開
   口の数と同じ数の遊星歯車が該遊星歯車の各シャフトを
   中心にして回転できるように、前記各シャフトは前記ハ
   ブシャフトと同じ方向に取り付けられ、さらに、右側の
   内部に第３のスプラインの溝を有し、前記第１の爪は前
   記ハブシェルの第１ラチェットと係合し、前記遊星歯車
   の内側が前記第１の太陽歯車と係合し、前記第３のスプ
   ラインの溝が前記接続手段の第３のスプラインと係合し
   ている、第１キャリヤと、 中空の筒形状であって、左側の内壁に第１の歯車を具
   え、周囲に少なくとも１つの孔を具えてその中に第２の
   爪がばねによって弾性的に取り付けられており、右側の
   内壁に第３のラチェットを具え、前記第１の歯車が前記
   遊星歯車の外側と係合し、前記第２の爪の内側が前記接
   続手段と係合し、前記第３のラチェットが前記第２のリ
   ングギアの第３の爪と係合している、第１のリングギア
   とを有してなる、 動力変換装置。
4. 【請求項４】前記第１のキャリヤの遊星歯車の数が４で
   ある、請求項３の動力変換装置。
5. 【請求項５】前記第１のリングギアの第２の爪がブーメ
   ランの形状をしている、請求項３の動力変換装置。
6. 【請求項６】請求項１の動力変換装置であって、中空の
   円筒の形をした前記接続手段が外周を貫通する２つの孔
   と、右側の外周にある４つの突起とを有し、前記第３の
   スプラインが第１のキャリヤの第３のスプラインの溝と
   係合し、前記４つの突起が前記第２のリングギアのスロ
   ットと滑動可能に接続されている、動力変換装置。
7. 【請求項７】前記クラッチの位置が前記ハブシャフトに
   取り付けられたレバーによってコントロールされて、前
   記変速手段がハブシェルの回転速度を変えるようになっ
   ている、請求項６の動力変換装置。
8. 【請求項８】請求項１の動力変換装置であって、前記BD
   PA手段が、 左側の周囲に少なくとも１つの開口があってそこに第３
   の爪が挿入され、左側の内部に少なくとも１つのスロッ
   トがあり、中間部の内壁に第２の歯車があり、右側の内
   壁に第５のラチェットがあり、前記第３の爪が第３のラ
   チェットと係合し、前記スロットが前記クラッチの突起
   に滑動可能に連結され、前記第２の歯車が複数の２段遊
   星歯車と係合し、前記第５のラチェットが第５の爪に係
   合している、第２のリングギアと、 中空の円筒形状であって、左側の周囲にナット孔と、左
   側の内部に第２のスプラインの溝と、周囲に少なくとも
   １つの孔を具えその中に２段の遊星歯車が対応する遊星
   歯車シャフトによって回転可能に取付けられ、第２のキ
   ャリヤが前記ハブシャフトの第２のスプラインに接続さ
   れ且つ前記ナット孔にボルトを差し込むことによって前
   記ハブシャフトに一体的に接続され、前記２段遊星歯車
   の小さい歯車が第２の太陽歯車に係合し、大きい歯車が
   第２の歯車に係合している、第２のキャリヤと、 多段を具えた中空の筒状で、左側の第２の太陽歯車と、
   右側の内壁に第４のラチェットを有し、前記第４のラチ
   ェットが第３のキャリヤの第４の爪と係合するように、
   前記ハブシャフトの周りに回転できるように取付けられ
   ている、ラチェットホイールと、 中空の円筒形状の第３のキャリヤであって、周囲に２つ
   の溝を有しその中に第４と第５の爪が爪シャフトにより
   回転可能に取付けられており、内壁に少なくとも１つの
   溝があり、前記第４の爪が前記第４のラチェットと係合
   し、前記第５の爪が前記第５のラチェットと係合し、前
   記内壁に形成されている溝が駆動ホイールの各トング上
   に位置している、第３のキャリヤとを有してなる、 動力変換装置。
9. 【請求項９】中空の筒状の前記入力手段が、左側の外側
   にある第３のキャリヤの内壁に形成された溝のそれと同
   じ数のトングを有する駆動ホイールで形成されており、
   左側の外部の周囲にあってピンが貫通する孔と、補助駆
   動スプロケットがしっかり接続されている右側外周の開
   口とを有し、前記トングが前記第３のキャリヤの第４の
   爪と第５の爪の下側に位置するようになっている、請求
   項１の動力変換装置。
10. 【請求項１０】前記第４の爪が前記ラチェットホイール
    の第４のラチェットに係合又は解除されるように前記第
    ４の爪の位置を制御するピンが前記駆動ホイールの外周
    部に挿入されている、請求項８の動力変換装置。
11. 【請求項１１】前記ピンがピンレバーによって前記駆動
    ホイールの径方向に作動される、請求項10の動力変換装
    置。
12. 【請求項１２】前記ハブシェルが多段を具えた中空の筒
    状で、左側の内壁に第１のラチェットを、中間部に第２
    のラチェットを有し、前記第１のラチェットが第１の爪
    に係合し、前記第２のラチェットが第２の爪に係合す
    る、請求項１又は３の動力変換装置。