JP5977895B2 - ハブ内蔵型の多段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、ハブ内蔵型の多段変速機に関し、より詳しくは、１段または２段以上の多段遊星歯車セット及び２重一方向クラッチを利用して、コンパクトなハブ内蔵型の多段変速機で多段変速を具現して、慣性走行時にオーバーランニング機能を与えるとともに、駆動走行の状態であっても強制変速の機能を利用して、変速レバーの小さない操作力であっても速い変速が行われるようするための装置として、製品の商品性を極大化させて、変速の正確性を大きく向上させることができる装置に関する。

一般的に、車輪が設けられて、人力又は電動力などの各種駆動力を利用して走行する自転車、車椅子、自動車、スクーターなどの移動装置には、走行性能を向上させるための変速機が設けられる。

これらの変速機は、搭乗者やユーザーの操作に応じて、高速から低速に至るまで多段に変速を実施し、走行環境に応じて、要求されるトルクまたは速度を得ることができる。

特に、最近では、太陽歯車、遊星歯車、リングギア、そしてキャリアからなる遊星歯車セットをハブシェルの内に設けて、コンパクトな構成とし、これにより、多段に速度を変速するとともに、歯車が外部に露出されることも防止している。

しかし、遊星歯車セットを利用する従来の変速機は、複雑な構造に比べて、変速段の数が少なく、特に、負荷駆動の走行状態の変速操作の時、駆動負荷によって強く拘束されたポール（つめ、歯止め）が円滑に制御されず、円滑な変速が行われないという、技術的な問題点があった。

本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、１段または２段以上の多段遊星歯車セット及び２重一方向クラッチを利用して、ハブ内蔵型の多段変速機をコンパクトに構成することができ、製品の商品性を極大化させ、強制変速の機能を利用して、負荷駆動の走行状態でも、変速レバーの小さな操作力であっても速い変速が行われるようにすることにより、変速の正確性を大きく向上させることができるようにするハブ内蔵型の多段変速機を提供することにある。

本発明によると、車体に固定されたシャフトと、前記シャフトの外周に回転可能に位置して、回転力を入力されるドライバ及び回転力を出力させるハブシェルと；前記ハブシェルの内部に設けられる太陽歯車、遊星歯車、キャリア、リングギアからなる遊星歯車セットと、一方向クラッチとして前記キャリアと前記ハブシェルとの間に設けられる第１出力クラッチと、所定の位相角度の違いを持つように一体に構成された２つの一方向クラッチとして、前記ドライバと前記リングギアとの間及び前記リングギアと前記ハブシェルとの間に設けられて、回転速度の違いに応じて前記ドライバの回転力を前記リングギアに伝達したり、または前記リングギアの回転力を前記ハブシェルに伝達する第２出力クラッチを含み、前記ドライバに入力される回転力を変速させて変速させた回転力を前記ハブシェルに出力させる変速部と；変速レバーの操作に応じて円周方向に回転しながら前記シャフトの外周面に形成されたポール座部に位置する多数のポールをコントロールして、前記太陽歯車の回転を選択的に制限する円周方向のポール制御部材と、変速レバーの操作に応じて軸方向に移動しながら前記ドライバの内周面に設けられたポールをコントロールして前記ドライバの回転を前記キャリアに選択的に伝達させる軸方向のポール制御部材を含み、前記変速部の変速を制御する制御部と；を備えることを特徴とするハブ内蔵型の多段変速機が提供される。

ここで、前記第２出力クラッチは、前記リングギアの内周面及び外周面に所定の位相角度の違いを持って形成される一方向に傾斜した凹溝と；前記一方向に傾斜した凹溝の内に位置する多数のローラーを回転可能に支持し、内周に位置するローラーと外周に位置するローラーが所定の位相角度の違いを維持するように一体に形成されたケージを含み；前記第２出力クラッチが前記ドライバの外周面と前記リングギアの内周面との間に内側の一方向クラッチを形成し、前記リングギアの外周面と前記ハブシェルの内周面との間に外側の一方向クラッチを形成する２重一方向クラッチで；構成されることが好ましい。

また、前記遊星歯車は、１段または２段以上の多段遊星歯車を含んでもよく、前記ポール及び前記太陽歯車は、前記遊星歯車の段数に応じて追加に構成され得、「（２×遊星歯車の段数）＋１」の変速段数で；出力させることができる。

また、前記制御部は、変速レバーの操作に応じて引き出されるケーブルが連結されて前記シャフトの外周面に回転可能に支持されるケーブル連結部材と；前記ケーブル連結部材の内周面に噛み合わされて一体に回転する中間連結部材と；前記中間連結部材の内周面に設けられて一体に回転し、復帰スプリングによって一方向に弾性的に回転する貫通連結部材と；前記貫通連結部材に嵌合されて一体で回転するように制御され、一側にヘリカル（らせん状の）傾斜面が形成された角度制御部材と；前記角度制御部材に連結されて前記角度制御部材の回転に応じて前記シャフトのポール座部に位置する多数のポールを制御する円周方向ポール制御部材と；前記シャフトに固定されたガイド部材の軸方向のガイド溝に案内されて軸方向に移動可能であり、前記角度制御部材の回転に応じて前記ヘリカル傾斜面にそって軸方向に移動して前記ドライバの内周面に設けられたポールを制御する軸方向ポール制御部材を；含むことが好ましい。

この際、前記軸方向ポール制御部材は、外周面が前記ドライバの内周面に設けられたポールと接触するように、外周面の軸方向に、軸方向に傾いた表面部位とそれに続く円形の表面部位を備え、一方向の移動時に前記ドライバの内周面に設けられたポールから離隔され、前記ドライバの内周面に設けられたポールが立つことを許容し、軸方向のリターンスプリングによってその逆方向の復帰時に、前記傾斜面の部分によって前記ドライバの内周面に設けられたポールを倒し、外周面の前記円形の表面部位によって、ポールを倒れた状態で維持することが好ましい。

また、前記制御部は、前記円周方向のポール制御部材の外周面に形成された多数の回転制限突起及び多数の一方向に傾斜した凹溝と；前記角度制御部材の外周縁に形成されて所定の遊びを持って前記回転制限突起を収容する回転制限凹部と；前記角度制御部材によって半径方向に浮くことが可能に（移動可能に）支持される多数のローラーと；前記円周方向のポール制御部材と前記角度制御部材との間で連結され、前記円周方向のポール制御部材を前記角度制御部材に関して一方向に回転するように弾性支持する円周方向リターンスプリングとを含む円周方向強制変速手段を含み；前記ハブ内蔵型の多段変速機が、前記角度制御部材と前記円周方向ポール制御部材との間に位相角度の違いが発生することによって、前記ローラーがその内周に位置して回転する前記円周方向ポール制御部材の外周面に形成された一方向に傾斜した凹溝から外側に強制的に移動され、前記キャリアの内周面に接触する強制変速クラッチを形成することにより、前記円周方向ポール制御部材を強制的に回転させて前記シャフトのポール座部に位置する多数のポールの少なくとも一つを強制的に倒す、円周方向強制変速機能を；有することが好ましい。

更に、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機は、前記軸方向ポール制御部材には、多角形になるように放射状に配置されて前記外周面の前記円形の表面部位に至るポール収容溝部が形成されて、立てられた状態で前記ドライバの内周面に設けられたポールを収容して前記外周面の前記円形の表面部位にポールを案内することにより、回転する前記ドライバの内周面に設けられたポールを強制的に倒す、軸方向強制変速手段を；含むことが最も好ましい。

本発明によると、１段または２段以上の多段遊星歯車セット及び２重一方向クラッチを利用して、多段の内蔵型の変速機をコンパクトに構成することができ、製品の商品性を極大化させ、強制変速の機能を利用して、負荷駆動の走行状態でも、変速レバーの小さない操作力であっても速い変速が行われるようにすることにより、変速の正確性を大きく向上させることができる。

本発明によるハブ内蔵型の多段変速機を示す斜視図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機を示す正面図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例を示す正断面図として、軸方向ポール制御部材が左側に移動した状態を示す図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例を示す正断面図として、軸方向ポール制御部材が右側に移動した状態を示す図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例をハブシェルの内部が表示されるように部分的に分離した分解斜視図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、遊星歯車セットを分離した分解斜視図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、ドライバを分離した分解斜視図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、第２出力クラッチを分離した分解斜視図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、制御部を示す斜視図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、制御部を示す斜視図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、制御部を分離した分解斜視図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、円周方向ポール制御部材の回転に応じて制御されるポールを示す右側面図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、ドライバの内周面に設けられたポールが倒れた状態を示す図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、ドライバの内周面に設けられたポールが立てられた状態を示す図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、第１出力クラッチ及び第２出力クラッチを示す図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、制御部の要部を示す分解斜視図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、円周方向強制変速機能を示す図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、軸方向強制変速機能を示す図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の他の実施例を示す正断面図である。 本発明によるハブ内蔵型の多段変速機のまた他の実施例を示す正断面図である。

以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施例について詳述する。

図１は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機を示す斜視図であり、図２は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機を示す正面図である。

そして、図３は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例を示す正断面図として、軸方向ポール制御部材が左側に移動した状態を示す図であり、図４は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例を示す正断面図として、軸方向ポール制御部材が右側に移動した状態を示す図である。

また、図５は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例をハブシェルの内部が表示されるように部分的に分離した分解斜視図であり、図６は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、遊星歯車セットを分離した分解斜視図であり、図７は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、ドライバを分離した分解斜視図である。

そして、図８は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、第２出力クラッチを分離した分解斜視図であり、図９及び図１０は、それぞれ、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、制御部を示す斜視図として、図９は、右側から見た斜視図であり、図１０は、左側から見た斜視図である。

また、図１１は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、制御部を分離した分解斜視図であり、図１２は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、円周方向ポール制御部材の回転に応じたポールの制御を示す右側面図として、図１２の（ａ）は１段、図１２の（ｂ）は２段、図１２の（ｃ）は４段、そして図１２の（ｄ）は５段をそれぞれ示す。

そして、図１３は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、ドライバの内周面に設けられたポールが倒れた状態を示す図として、図１３の（ａ）は斜視図であり、図１３の（ｂ）は右側面図である。

同じように、図１４は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、ドライバの内周面に設けられたポールが立てられた状態を示す図として、図１４の（ａ）は斜視図であり、図１４の（ｂ）は右側面図である。

そして、図１５は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、第１出力クラッチ及び第２出力クラッチを示す図として、図１５の（ａ）は第１出力クラッチを示し、図１５の（ｂ）及び（ｃ）は第２出力クラッチをそれぞれ示す。

また、図１６は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、制御部の要部を示す分解斜視図であり、図１７は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、円周方向強制変速機能を示す図として、図１７の（ａ）は２段を示し、図１７の（ｂ）は変速レバーを１段に操作したが、第２ポール５０２が第１太陽歯車４１１ａの内歯車に強く噛み合わされて、角度制御部材５５０と円周方向ポール制御部材５１０との間に位相角度の違いが発生した状態を示し、図１７の（ｃ）は、円周方向の強制変速機能により、１段に変速された状態を示す図である。

そして、図１８は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の一実施例において、軸方向強制変速機能を示す図として、図１８の（ａ）は軸方向ポール制御部材５２０が右側に移動して、第３ポール５０３が完全に立てられた状態を示し、図１８の（ｄ）は軸方向ポール制御部材５２０が左側に完全に移動して、第３ポール５０３が完全に倒れた状態を示す。

最後に、図１９及び図２０は、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機の異なる実施例を示す正断面図として、図１９は、１段の遊星歯車セットが適用された実施例を示し、図２０は、３段の遊星歯車セットが適用された実施例を示す。

本発明のハブ内蔵型の多段変速機の特徴により、１段または２段以上の多段遊星歯車セット及び２重一方向クラッチを利用して、多段変速が可能なコンパクトなハブ内蔵型の多段変速機が提供され、慣性走行時にオーバーランニング機能を与えるとともに、駆動走行の状態であっても強制変速の機能を利用して、変速レバーの小さない操作力であっても速い変速が行われて、変速の正確性を大きく向上させることができる。

本発明の実施例について、添付図を参照して、以下に詳述する。

まず、本発明のハブ内蔵型の多段変速機は、車体に固定されたシャフト１００と、前記シャフト１００の外周に回転可能に位置する。回転力を入力されるドライバ２００及び回転力を出力させるハブシェル３００と；前記ハブシェル３００の内部に設けられる太陽歯車、遊星歯車４１２、キャリア４１３、リングギア４１４からなる遊星歯車セット４１０と、一方向クラッチとして前記キャリア４１３と前記ハブシェル３００との間に設けられる第１出力クラッチ４２０と、所定の位相角度の違いを持つように一体に構成された２つの一方向クラッチとして、前記ドライバ２００と前記リングギア４１４との間及び前記リングギア４１４と前記ハブシェル３００との間に設けられて、回転速度の違いに応じて前記ドライバ２００の回転力を前記リングギア４１４に伝達したり、または前記リングギア４１４の回転力を前記ハブシェル３００に伝達する第２出力クラッチ４３０を含み、前記ドライバ２００から入力される回転力を変速させて前記ハブシェル３００に変速された回転力を出力させる変速部４００と；変速レバーの操作に応じて円周方向に回転しながら前記シャフト１００の外周面に形成されたポール座部に位置する多数のポールをコントロールして前記太陽歯車の回転を選択的に制限する円周方向ポール制御部材５１０と、変速レバーの操作に応じて、軸方向に移動しながら前記ドライバ２００の内周面に設けられたポールをコントロールして前記ドライバ２００の回転を前記キャリア４１３に選択的に伝達させる軸方向ポール制御部材５２０を含む、前記変速部４００の変速を制御する制御部５００と；を備えている。

本発明のハブ内蔵型の多段変速機は、図１乃至図４に示すように、大別して、シャフト１００と、ドライバ２００と、ハブシェル３００と、変速部４００と、そして制御部５００とを備えている。

まず、前記シャフト１００は、変速が要求されるスクーター、自転車、人力車など（以下、「走行装置」という）の本体に、その両端が固定ナットなどの締結手段によって回転不可能に固定支持される。

この際、前記シャフト１００は、図１１のように、部位によって互いに異なる直径で形成され、特に、前記シャフト１００の中央の外周面には多数のポール座部が所定の位相角度の違いを持って凹に形成されており、以下に説明するポールがそれぞれ前記ポール座部の内に位置する。

このシャフト１００は、本発明の骨格をなすもので、以下で説明する構成要素はすべて前記シャフト１００の外周に回転可能に、あるいは回転不可能に設けられる。

次に、ドライバ２００は、走行装置から人力または電動力などの回転力を、本発明のハブ内蔵型の多段変速機が受けるためのものであり、で入力される構成で、前記シャフト１００の一側に回転可能に設けられる。

これらの図面の右側に示される前記ドライバ２００の内周面に、前記シャフト１００に結合したコーンナット９０２と軸受９０４が設けられて、前記ドライバ２００は、前記シャフト１００から独立的に回転可能に支持される。

特に、前記ドライバ２００には、スプロケット２１０が一体に回転するように固定されて、前記スプロケット２１０は、例えば、チェーンのような動力伝達手段を介して外部から駆動力を入力されて（受け取って）前記ドライバ２００を一体に回転させる。

そして、ハブシェル３００は、前記シャフト１００の最外郭に位置して、変速された従動力を走行装置の車輪などに出力させる構成である。

このハブシェル３００は、大略筒状になされたもので、その外周に車輪のスポークを連結できる多数の穴（ホール）３０１が形成され、その内部に各種構成要素を挿入して組み立てることができる。

ここで、図面の左側に示されるように、前記ハブシェル３００の内周面には、前記シャフト１００に結合したコーンナット９０１と軸受９０３が設けられて、前記ハブシェル３００は、前記シャフト１００から独立的に回転可能に支持される。

次に、変速部４００は、前記ハブシェル３００の内に位置して前記ドライバ２００を介して入力される回転力を多段に変速した後、前記ハブシェル３００を介して変速後の回転力を出力させる。変速部４００は、遊星歯車セット４１０と、第１出力クラッチ４２０と、そして第２出力クラッチ４３０とを含む。

本発明においては、前記遊星歯車セット４１０によって実質的な変速が行われ、そして、前記第１出力クラッチ４２０または第２出力クラッチ４３０を介して変速された回転力がハブシェル３００に出力される。

前記遊星歯車セット４１０は、太陽歯車、遊星歯車４１２、キャリア４１３、リングギア４１４で構成され、前記遊星歯車４１２は、前記キャリア４１３に回転可能に支持される。前記キャリア４１３の内側には、太陽歯車が位置し、太陽歯車は、前記遊星歯車４１２の内側に位置する部位に噛み合う。前記キャリア４１３の外側には、リングギア４１４が設けられ、リングギア４１４は、前記遊星歯車４１２の外側に位置する部分に噛み合う。

これにより、回転力は、リングギア４１４またはキャリア４１３から入力され、遊星歯車４１２を経て、キャリア４１３またはリングギア４１４に出力され、加速または減速のような変速が行われる。

例えば、回転力が、リングギア４１４から入力され、遊星歯車４１２を介して、キャリア４１３に出力させる場合には、減速が行われる。反対に、回転力が、前記キャリア４１３から入力され、 遊星歯車４１２を経て、リングギア４１４に出力させる場合には、加速が行われる。

したがって、本発明は、伝達される回転力の経路と前記太陽歯車が回転されるのかに応じて、前記遊星歯車セット４１０で減速または加速が行われる。

前記太陽歯車が回転されるか否かを決定するポールの制御については、以下の制御部５００で詳しく説明する。

次に、前記変速部４００に設けられる第１出力クラッチ４２０は、前記遊星歯車セット４１０のキャリア４１３の外周面と前記ハブシェル３００の内周面との間に設けられて減速または直結された回転力を出力させる役割をする。

前記第１出力クラッチ４２０は、ただ一方向に回転力を伝達する一方向クラッチであり、図６及び図１５の（a）に示すように、前記キャリア４１３の外周面に形成される一方向に傾斜した凹溝４１３ｂと、前記一方向に傾斜した凹溝４１３ｂの内に位置する多数のローラー４２１を回転可能に支持するケージ４２２で構成される。

この第１出力クラッチ４２０内側に位置するキャリア４１３の回転速度が第１出力クラッチ４２０の外側に位置するハブシェル３００の回転速度よりも速い場合、ローラー４２１が、前記キャリア４１３の外周面に形成された一方向に傾斜した凹溝４１３ｂと前記ハブシェル３００の内周面との間に噛み合うことにより、第１クラッチ４２０の内側に位置するキャリア４１３の回転力を第１クラッチ４２０の外側に位置するハブシェル３００に伝達できる。

反対に、前記第１出力クラッチ４２０の内側に位置するキャリア４１３の回転速度が、第１出力クラッチ４２０の外側に位置するハブシェル３００の回転速度よりも遅い場合、前記ローラー４２１が、単純に一方向に傾斜した凹溝４１３ｂの内に位置することにより、第１出力クラッチ４２０の内側に位置するキャリア４１３の回転力を、第１出力クラッチ４２０の外側に位置するハブシェル３００に伝達できない。

前記変速部４００に設けられる第２出力クラッチ４３０は、一体に構成される、２つの一方向クラッチで構成され、図８及び図１５の（b）、（c）に示すように、前記リングギア４１４が２つの一方向クラッチの間に位置するように前記ドライバ２００の外周面と前記ハブシェル３００の内周面との間に設けられ、単純に前記回転力を伝達する役割をしたり、または加速のための回転力を出力させる役割をする。

即ち、前記ドライバ２００の外周面と前記リングギア４１４の内周面との間及び前記リングギア４１４の外周面と前記ハブシェル３００の内周面との間にそれぞれ位置する２つの一方向クラッチが互いに所定の位相角度の違いを持って一体に形成された第２出力クラッチ４３０は、回転速度の差に応じて、前記ドライバ２００の回転力を前記リングギア４１４に伝達したり、前記リングギア４１４の回転力を前記ハブシェル３００に伝達する。

言い替えれば、前記第２出力クラッチ４３０が、前記ドライバ２００の回転力を前記リングギア４１４に伝達するときには、２つの一方向クラッチの間に存在する所定の位相角度の違いにより前記ドライバ２００の回転力の前記ハブシェル３００への出力は行われず、逆に、前記第２出力クラッチ４３０が、前記リングギア４１４の回転力を前記ハブシェル３００に伝達するときには、そのリングギア４１４の回転力が前記ドライバ２００に伝達されない。

これにより、減速または前記変速部４００の直結を介した回転力のための最終回転力は、前記第１出力クラッチ４２０を介してキャリア４１３からハブシェル３００に出力され、加速のための回転力は、前記第２出力クラッチ４３０を介してリングギア４１４からハブシェル３００に出力される。

最後に、前記変速部４００の変速を制御する制御部５００は、大別して、円周方向ポール制御部材５１０と軸方向ポール制御部材５２０を含む。

前記円周方向ポール制御部材５１０は、変速レバーの操作に応じて、円周方向に回転して前記シャフト１００の外周面に設けられた多数のポールをコントロールして前記太陽歯車の回転を選択的に制限する。

そして、前記軸方向ポール制御部材５２０は、変速レバーの操作に応じて軸方向に移動して前記ドライバ２００の内周面に設けられたポールをコントロールして前記ドライバ２００の回転を前記キャリア４１３に選択的に直結させる。

詳細に、上述したように、運転者の変速レバーの操作に応じて、円周方向ポール制御部材５１０は、シャフト１００のポール座部に設けられたポールを制御し、軸方向ポール制御部材５２０は、ドライバ２００の内周面に設けられたポールを制御することにより、回転力の伝達経路を変更して、遊星歯車セット４１０で変速を行った後、第１出力クラッチ４２０または第２出力クラッチ４３０を介して、より速く回転するように変速された回転力のみをハブシェル３００に出力させる。

特に、本発明において、前記第２出力クラッチ４３０は、図８と図１５の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、前記リングギア４１４の内周面及び外周面に所定の位相角度の違いを持って形成される一方向に傾斜した凹溝４１４ａ、４１４ｂと；前記一方向に傾斜した凹溝４１４ａ、４１４ｂの内に位置する多数のローラー４３１ａ、４３１ｂを回転可能に支持し、内周に位置するローラー４３１ａと外周に位置するローラー４３１ｂが所定の位相角度の違いを維持するように一体に形成されたケージ４３３を備え；前記ドライバ２００の外周面と前記リングギア４１４の内周面との間に内側の一方向クラッチを形成し、前記リングギア４１４の外周面と前記ハブシェル３００の内周面との間に外側の一方向クラッチを形成する２重一方向クラッチで；構成されることが好ましい。

この第２出力クラッチ４３０の内側の一方向クラッチ内側に位置するドライバ２００の時計方向の回転速度が、内側の一方向クラッチの外側に位置するリングギア４１４の回転速度よりも速い場合、図１５の（ｃ）に黒く示したように、前記ケージ４３３の内周に設けられたローラー４３１ａが、前記ドライバ２００の外周面と前記リングギア４１４の内周面に形成された一方向に傾斜した凹溝４１４ａとの間に噛み合うことにより、第２出力クラッチ４３０の内側の一方向クラッチが、内側の一方向クラッチの内側に位置するドライバ２００の回転力を、内側の一方向クラッチの外側に位置するリングギア４１４に伝達する。

これにより、前記ケージ４３３も時計方向に回転する。このような場合、前記ケージ４３３は、その内周に設けられたローラー４３１ａと、その外周に設けられたローラー４３１ｂとの間に所定の位相角度の違いを維持する。

その結果、前記ケージ４３３の外周に設けられたローラー４３１ｂが前記リングギア４１４の外周に形成された一方向に傾斜した凹溝４１４ｂの内に位置することにより、第２出力クラッチ４３０の外側の一方向クラッチは、前記リングギア４１４の回転力を前記ハブシェル３００に伝達させない。

しかし、リングギア４１４の回転速度がドライバ２００の時計方向の回転速度よりも速い場合、前記ケージ４３３の内周に設けられたローラー４３１ａが前記リングギア４１４の内周面に形成された一方向に傾斜した凹溝４１４ａ内に位置することにより、前記第２出力クラッチ４３０の内側の一方向クラッチは、前記ドライバ２００に回転力を伝達できない。

反対に、図１５の（ｂ）に黒く示すように、前記ケージ４３３の外周に設けられたローラー４３１ｂが前記リングギア４１４の外周面に形成された一方向に傾斜した凹溝４１４ｂと前記ハブシェル３００の内周面との間に噛み合うことにより、前記第２出力クラッチ４３０の外側の一方向クラッチは、外側の一方向クラッチの内側に位置するリングギア４１４の回転力を外側の一方向クラッチの外側に位置するハブシェル３００に伝達する。

即ち、歯車の選択的な噛合に応じて前記リングギア４１４の回転がドライバ２００の回転よりも遅い減速条件である場合、図１５の（ｃ）に示すように、前記第２出力クラッチ４３０内側の一方向クラッチは、ドライバ２００の回転力をリングギア４１４に伝達するが、内側の一方向クラッチと外側の一方向クラッチの所定の位相角度の違いによって前記リングギア４１４の回転力が前記ハブシェル３００に出力されることを遮断する。

しかし、前記リングギア４１４の回転がドライバ２００の回転よりも速い加速条件である場合、図１５の（ｂ）に示すように、前記第２出力クラッチ４３０の内側の一方向クラッチが前記リングギア４１４を、前記ドライバ２００に関してオーバーラン（over running）させ、一方、前記第２出力クラッチ４３０の外側の一方向クラッチが前記リングギア４１４の回転を、前記ハブシェル３００に出力される。

また、慣性走行によって前記ハブシェル３００の回転速度が前記リングギア４１４の回転速度よりも速い場合には、前記第２出力クラッチ４３０によって、ハブシェル３００の回転力が前記リングギア４１４又はドライバ２００には伝達されない。

特に、本発明において、前記遊星歯車４１２は、１段の遊星歯車または２段以上の多段遊星歯車で構成され、前記ポール及び前記太陽歯車は、前記遊星歯車の段数に応じて追加に構成され、「（２×遊星歯車の段数）＋１」の変速段数で；出力させることが可能である。

即ち、前記遊星歯車セット４１０に設けられる遊星歯車４１２を図１９に示すように、ただ１つの直径で形成された１段の遊星歯車４１２で構成することもでき、図３乃至図１８に示すように、大径部４１２ａと小径部４１２ｂの２段の遊星歯車４１２で構成することもでき、図２０に示すように、３つの直径で形成された３段の遊星歯車４１２で構成することもできる。図示していないが、４段以上の遊星歯車を採用することも可能である。

例えば、図１９に示すように、１段の遊星歯車４１２を採用する場合には、シャフト１００のポール座部に２つのポールが設けられて、ただ１つの太陽歯車４１１が設けられ、減速、直結、そして加速の３段の変速比を具現することが可能となる。

また、図３乃至図１８に示すように、２段の遊星歯車４１２を採用すれば、シャフト１００のポール座部には、４つのポールが設けられて、遊星歯車４１２の大径部４１２ａと小径部４１２ｂに対応して２つの太陽歯車４１１ａ、４１１ｂを持つようにされて、減速２段、直結、加速２段の全５段の変速比を具現することができる。

もちろん、図２０に示すように３段の遊星歯車４１２を採用し、それに応じてポールの数と太陽歯車４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃの数をそれぞれ６個と３個に増加し、減速３段、直結、加速３段の全７段の変速比を具現することも可能となり、これと同じ様に、４段以上の多段遊星歯車を適用することも可能である。

即ち、遊星歯車セット４１０に多段遊星歯車４１２を適用することにより、加速と減速について、それぞれ多段の異なる変速比を得ることが可能となる。

以下では、説明の便宜のために大径部４１２ａと小径部４１２ｂの２段の遊星歯車４１２が適用された遊星歯車セット４１０に基づいて、図面を参照して、変速部４００と制御部５００の詳細な構成及び作用について説明することにし、１段の遊星歯車や３段以上の遊星歯車が適用された実施例の説明は省略する。

したがって、本発明の一実施例において、２段の遊星歯車４１２を採用したことにより、前記太陽歯車が前記遊星歯車４１２の大径部４１２ａに噛み合う第１太陽歯車４１１ａと、前記遊星歯車４１２の小径部４１２ｂに噛み合う第２太陽歯車４１１ｂで構成され、第１ポール５０１、第２ポール５０２、第３ポール５０３、第４ポール５０４、そして第５ポール５０５の５種類のポールが設けられる。

前記第１太陽歯車４１１ａの回転は、前記円周方向のポール制御部材５１０の制御に応じて、第２ポール５０２または第４ポール５０４によって選択的に制限され、前記第２太陽歯車４１１ｂの回転は、前記円周方向ポール制御部材５１０の制御に応じて、第１ポール５０１または第５ポール５０５によって選択的に制限される。

そして、前記キャリア４１３は、軸方向ポール制御部材５２０の制御に応じて前記ドライバ２００に設けられた第３ポール５０３によって前記ドライバ２００に選択的に直結される。

即ち、前記シャフト１００には、第１ポール５０１、第２ポール５０２、第４ポール５０４、そして第５ポール５０５がポール座部１０１、１０２、１０４、１０５の内に位置し、これらのポールは、図示しないリングスプリングによって弾力的に立てられるように設けられる。

このように設けられたポール５０１、５０２、５０４、５０５の外側には、図１１に示すように、その内周縁に溝部５１１、５１２、５１４、５１５が凹に形成された前記円周方向ポール制御部材５１０が位置し、前記円周方向ポール制御部材５１０の円周方向の回転角度に応じて、ポール５０１、５０２、５０４、５０５の外側に 当該溝部５１１、５１２、５１４、５１５が位置する場合、ポール５０１、５０２、５０４、５０５が立てられる。一方、溝部５１１、５１２、５１４、５１５がポール５０１、５０２、５０４、５０５の外側に位置していない場合、ポール５０１、５０２、５０４、５０５が倒れて、ポール座部１０１、１０２、１０４、１０５の内に位置する。

前記溝部５１１、５１２、５１４、５１５は、図１２に示すように、円周方向ポール制御部材５１０を時計方向に回転させるときに、ポールを抑え付ける傾斜面と、円周方向ポール制御部材５１０反時計方向に回転させるときに、ポールを抑え付ける傾斜面と、ポールが溝部の傾斜面を通って溝部で位置するときに、ポールがリングスプリングによって自由に立てられるようにする余裕空間で構成される。

そして、前記ポール５０１、５０２、５０４、５０５が立てられる場合、その外側に位置する太陽歯車４１１ａ、４１１ｂの内歯車にポール５０１、５０２、５０４、５０５が噛み合わされて、当該太陽歯車４１１ａ、４１１ｂの回転を制限することによって変速制御が行われる。

前記円周方向ポール制御部材５１０によって制御されるそれぞれの第１ポール５０１、第２ポール５０２、第４ポール５０４、そして第５ポール５０５には、制御部位と係止部位が互いに異なる間隔を持って形成されている。図１１に示すように、制御部位は図中で第１ポール５０１、第２ポール５０２、第４ポール５０４、そして第５ポール５０５の右端近くに形成されており、この制御部位の外側に前記円周方向ポール制御部材５１０が位置する。

そして、このような制御部位から図中の左側に向けて所定の間隔離隔されて係止部位が形成される。

前記第２ポール５０２及び第４ポール５０４のそれぞれにおいて、制御部位と係止部位が隣接するが、前記第１ポール５０１及び第５ポール５０５においては、制御部位と係止部位が前記第２ポール５０２や第４ポール５０４に比べてやや間隔を持って離れて形成される。

ここで、前記第２ポール５０２及び第４ポール５０４の係止部位の外側に前記第１太陽歯車４１１ａが位置し、前記円周方向ポール制御部材５１０に隣接する。反対に、前記第１ポール５０１及び第５ポール５０５の係止部位の外側に前記第２太陽歯車４１１ｂが位置し、前記円周方向ポール制御部材５１０からやや離れて位置する。

すなわち、前記第１ポール５０１と第５ポール５０５は、互いに同一形状を有して、互いに対向するように、前記シャフト１００のポール座部１０１、１０５内に位置し、前記第２ポール５０２と第４ポール５０４は、互いに同一形状を有して、互いに対向するように、前記シャフト１００のポール座部１０２、１０４内にそれぞれ位置する。

これにより、それぞれのポール５０１、５０２、５０４、５０５に形成された制御部位の外側には、前記円周方向ポール制御部材５１０が位置し、それぞれのポール５０１、５０２、５０４、５０５に形成された係止部位の外側には、前記第１太陽歯車４１１ａと第２太陽歯車４１１ｂがそれぞれ位置する。

これにより、前記円周方向ポール制御部材５１０の回転角度に応じて弾力的に立てられていこうとするポール５０１、５０２、５０４、５０５の制御部位が溝部５１１、５１２、５１４、５１５に位置する場合、当該ポール５０１、５０２、５０４、５０５の係止部位が立てられて、太陽歯車４１１ａ、４１１ｂの内周面に形成された内歯車に噛み合わされて、当該太陽歯車４１１ａ、４１１ｂの回転を制限する。

上述した第１ポール５０１、第２ポール５０２、第４ポール５０４、第５ポール５０５は、それぞれ１つずつシャフト１００の外周面に位置するのに対し、２つの第３ポール５０３は、図１３及び図１４に示すように、前記ドライバ２００の内周面に形成されたポール座部２０３の内に位置する。このような第３ポール５０３また、図示しないリングスプリングによって弾力的に立てられるように設けられる。

これらの前記第３ポール５０３は、所定の長さに形成され、図３及び図４に示すように、図中において第３ポール５０３の右側の内周縁には、軸方向ポール制御部材５２０が選択的に位置し、図中において第３ポール５０３の左側の内周縁には、遊星歯車セット４１０のキャリア４１３が位置する。

前記軸方向ポール制御部材５２０は、以後に説明する制御部５００によって軸方向に移動可能な構成要素である。図３のように、前記軸方向ポール制御部材５２０が左側に移動した状態では、前記第３ポール５０３が、図１３に示すように、前記軸方向ポール制御部材５２０によって倒れその状態を維持し、前記ドライバ２００から前記キャリア４１３に直接回転力を伝達できない。

反対に、図４に示すように、前記軸方向ポール制御部材５２０が図中において右側に移動し第３ポールから離隔されると、前記第３ポール５０３が図１４に示すように内側に立てられ、第３ポールが前記キャリア４１３の外周縁に形成された歯車４１３ａに噛み合うことにより、前記ドライバ２００から前記キャリア４１３に直接回転力を伝達することができる。

このような制御のためのユーザーの変速操作が前記円周方向ポール制御部材５１０及び前記軸方向ポール制御部材５２０にどのように伝達されるかについて以下で説明する。

本発明において、前記制御部５００は、図１６に示すように、変速レバーの操作に応じて引き出されるケーブルが連結されて前記シャフト１００の外周面に回転可能に支持されるケーブル連結部材５３０と；前記ケーブル連結部材５３０の内周面に係合して一体に回転する中間連結部材５３２と；前記中間連結部材５３２の内周面に組み立てられて一体に回転し、復帰スプリング８０３によって一方向に弾性回転する貫通連結部材５４０と；前記貫通連結部材５４０に嵌合されて一体で回転するように制御され、一側にヘリカル傾斜面が形成された角度制御部材５５０と；前記角度制御部材５５０に連結されて前記角度制御部材５５０の回転に応じて前記シャフト１００のポール座部に位置する多数のポールを制御する円周方向ポール制御部材５１０と；前記シャフト１００に固定されたガイド部材５６０の軸方向ガイド溝５６１に案内されて軸方向に移動可能であり、前記角度制御部材５５０の回転に応じて前記ヘリカル傾斜面５５１に乗って（沿って）軸方向に移動し、前記ドライバ２００の内周面に設けられたポールを制御する軸方向ポール制御部材５２０を含む。

前記ケーブル連結部材５３０には、変速レバーの操作により、引かれる図示しないケーブルが連結されており、変速レバーの操作時、前記ケーブル連結部材５３０が、右側面から見たとき、反時計方向に回転する。

そして、このケーブル連結部材５３０の内周面には、中間連結部材５３２が位置し、前記ケーブル連結部材５３０の内周面と前記中間連結部材５３２の外周面は、互いに噛み合わされているために、一体に回転する。

これに加え、前記中間連結部材５３２の内周面には、貫通連結部材５４０が設けられている。

即ち、前記貫通連結部材５４０の右端には、２つの突起５４２が形成され、その２つの突起５４２は、前記中間連結部材５３２の内周面に形成された結合溝５３２ａ内に嵌合され、前記中間連結部材５３２と前記貫通連結部材５４０は、一体に回転する。

また、前記貫通連結部材５４０の左端には、また他の２つの突起５４１が形成され、その２つの突起５４２は、角度制御部材５５０の内周面に形成された結合溝５５２の内に嵌合され、前記貫通連結部材５４０と前記角度制御部材５５０は、前記シャフト１００の外周で一体に回転する。

図面で、前記角度制御部材５５０の右側にはヘリカル傾斜面５５１が所定の間隔を持って放射状に多数形成される。

これと共に、前記貫通連結部材５４０の外周側には、前記シャフト１００に固定されて回転不可能なガイド部材５６０が位置する。このガイド部材５６０には、軸方向に所定の深さで形成される、軸方向ガイド溝５６１が設けられる。

これにより、前記角度制御部材５５０とガイド部材５６０との間に軸方向ポール制御部材５２０が位置する。

前記軸方向ポール制御部材５２０は、その内側に形成されたリム部５２２を備え、リム部５２２は、前記ガイド部材５６０の軸方向ガイド溝５６１の内に位置する。これらのリム部５２２の末端は、傾斜に形成されて前記角度制御部材５５０のヘリカル傾斜面５５１と接触する。

これにより、前記角度制御部材５５０が所定の角度以上で反時計方向に回転する場合、前記軸方向ポール制御部材５２０は、前記シャフト１００に固定されたガイド部材５６０によって回転せず、前記ガイド部材５６０の軸方向ガイド溝５６１に沿って軸方向、すなわち図面の右側に移動する。

そして、前記ガイド部材５６０と前記軸方向ポール制御部材５２０との間には、軸方向リターンスプリング８０１が設けられて、上述したように、リターンスプリング８０１が、右側に移動した軸方向ポール制御部材５２０を左側に復帰させる役割をする。

特に、前記軸方向のポール制御部材５２０は、前記ドライバ２００の内周面に設けられたポールと接触するように、軸方向に傾斜した表面部位５２３、５２４と、外周面の軸方向に沿って継続した円形の表面部位を備えた外周面を持ち、一方向の軸方向ポール制御部材５２０の移動時に、軸方向ポール制御部材５２０が前記ドライバ２００の内周面に設けられたポールから離隔され、前記ドライバ２００の内周面に設けられたポールが立つことを許容され、軸方向リターンスプリング８０１による軸方向ポール制御部材５２０のその逆方向への復帰時に、前記傾斜した表面部位５２３、５２４によって前記ドライバ２００の内周面に設けられたポールが倒され、前記外周面の円形の表面部位によって前記ドライバ２００の内周面に設けられたポールを倒れた状態で維持することが好ましい。

即ち、前記の角度制御部材５５０の回転によってヘリカル傾斜面５５１に乗って前記軸方向ポール制御部材５２０が図面の右側に移動することにより、図１４のように、軸方向のポール制御部材５２０は、前記第３ポール５０３から離隔されて前記第３ポール５０３が立てられる。これにより、前記第３ポール５０３がキャリア４１３に形成された歯車４１３ａに噛み合うことにより、ドライバ２００の回転力をキャリア４１３に変速せずに直接伝達することができる。

逆に、前記軸方向ポール制御部材５２０が軸方向リターンスプリング８０１によって図面の左側に移動するときには、立てられた前記第３ポール５０３が、前記傾斜した表面部位５２３、５２４に乗って移動し、軸方向ポール制御部材５２０の外周面の前記円形の表面部位に接触して、図１３のように倒れることにより、第３ポール５０３とキャリア４１３の噛合を解除させて、ドライバ２００とキャリア４１３の直結が解除される。

これに加え、図１６のように、前記ガイド部材５６０と前記貫通連結部材５４０との間には、リターンスプリング８０３が設けられて、前記リターンスプリング８０３の端は折り曲げられて前記ガイド部材５６０に形成された組立孔５６２に挿入され、リターンスプリング８０３の他端は、折り曲げられて前記貫通連結部材５４０に形成された組立孔５４３に挿入される。これにより、前記貫通連結部材５４０は、前記ガイド部材５６０に関して右側から見たとき時計方向に回転するように弾性的に支持される。

これにより、変速レバーの加速操作時に、反時計方向に回転していた貫通連結部材５４０を前記リターンスプリング８０３が、減速操作時に、時計方向に弾性的に回転させる。

これに加え、図中において、前記角度制御部材５５０の左側には、円周方向ポール制御部材５１０が連結されており、前記角度制御部材５５０の回転に応じて前記円周方向ポール制御部材５１０が回転し、第１ポール５０１、第２ポール５０２、第４ポール５０４、第５ポール５０５を選択的に立てることができる。

前記円周方向ポール制御部材５１０の内周面には、溝部５１１、５１２、５１４、５１５が形成されて、前記円周方向ポール制御部材５１０の回転によって、第１ポール５０１、第２ポール５０２、第４ポール５０４、第５ポール５０５がそれぞれ順次に前記溝部５１１、５１２、５１４、５１５から抜け出て、それぞれのポール５０１、５０２、５０４、５０５が立てられ、前記軸方向ポール制御部材５２０の変位は、前記第４ポール５０４が、前記溝部５１４から抜け出る前に発生することが好ましい。

即ち、前記円周方向ポール制御部材５１０の回転により、１段、２段の変速比で変速され、３段の変速比で前記軸方向ポール制御部材５２０が軸方向に移動し、以後に４段、５段の変速比で変速が行われる。

しかし、負荷駆動の状態では、前記第１ポール５０１、第２ポール５０２、第４ポール５０４、第５ポール５０５が太陽歯車の内歯車に強く噛み合わされている場合、ポール５０１、５０２、５０４、５０５がシャフト１００のポール座部１０１、１０２、１０４、１０５内に倒れないか、または前記第３ポール５０３がキャリア４１３の歯車４１３ａに強く噛み合わされている場合、第３ポール５０３がドライバ２００の内周面に形成されたポール座部２０３内に倒れず、変速が円滑に行われない現象が発生する。

これに備えて、本発明によるハブ内蔵型の多段変速機には、さらに、前記第１ポール５０１、第２ポール５０２、第４ポール５０４、第５ポール５０５によって強制的に変速するための円周方向強制変速手段と、前記第３ポール５０３によって強制的に変速するための軸方向強制変速手段が備えられる。

- 円周方向強制変速手段
以下では、２段から１段への減速操作時を例にして説明する。この減速操作は、５段から４段へ、４段から３段へのすべての減速操作に同じく適用でき、重複された説明は省略する。

本発明において、ハブ内蔵型の多段変速機の制御部５００は、円周方向強制変速手段を含むことが好ましい。図１７に示されるように、円周方向強制変速手段は、前記円周方向ポール制御部材５１０の外周面に多数形成された回転制限突起５１６及び一方向傾斜凹溝５１７と；前記角度制御部材５５０の外周縁に形成されて所定の遊びを持って前記回転制限突起５１６を収容する回転制限凹部５５３と；前記角度制御部材５５０に半径方向に移動できる態様で支持される多数のローラー５５４と；前記円周方向ポール制御部材５１０と前記角度制御部材５５０との間に連結され、前記円周方向ポール制御部材５１０を制御部５００に関して一方向に回転するように弾性的に支持する円周方向リターンスプリング８０２を含む。ハブ内蔵型の多段変速機は、好ましくは、前記角度制御部材５５０と前記円周方向ポール制御部材５１０との間に位相角度の違いが発生することによって、前記ローラー５５４がその内周に位置して回転する前記円周方向ポール制御部材５１０の外周面に形成された一方向傾斜凹溝５１７から外側に強制的に移動され、前記キャリア４１３の内周面に接触する強制変速クラッチを形成し、前記円周方向ポール制御部材５１０を強制的に回転させて前記シャフト１００のポール座部に位置する多数のポールのいずれか一つを強制的に倒す円周方向強制変速機能を有する。

即ち、前記円周方向ポール制御部材５１０の外周縁に形成された回転制限突起５１６は、その幅が前記角度制御部材５５０の回転制限凹部５５３よりもやや狭く形成されており、前記円周方向ポール制御部材５１０と前記角度制御部材５５０との間には、所定の位相差が発生することができる。

前記円周方向ポール制御部材５１０に形成された組立孔５１８と前記角度制御部材５５０に形成された組立孔５５５とには、図１６のように、それぞれ円周方向リターンスプリング８０２の両端が直角に折り曲げられて挿入される。

これにより、前記円周方向ポール制御部材５１０は、前記角度制御部材５５０について、常に時計方向に回転するように弾性的に支持され、前記回転制限突起５１６は、前記回転制限凹部５５３の内に位置して、別途の外力が作用していない限り、常に時計方向に回転して、図１７の（ａ）のように接触した状態を維持する。

このような状態で、低速変速のために変速レバーを操作する場合、前記角度制御部材５５０は、上述したリターンスプリング８０３によって時計方向に回転する。前記角度制御部材５５０が時計方向に回転することにより、前記円周方向リターンスプリング８０２によって前記円周方向ポール制御部材５１０も時計方向に回転して減速変速が行われる。

しかし、第２ポール５０２が第１太陽歯車４１１ａの内歯車に強く噛み合わされている場合、図１７の（ｂ）のように前記円周方向のポール制御部材５１０が前記角度制御部材５５０と共に回転できず、所定の位相角度の違いが発生し得る。この場合、前記ローラー５５４が前記一方向の傾斜凹溝５１７に接触して外側に突出され、ローラー５５４が、その外側で回転するキャリア４１３の内周面に接触する。

これにより、前記ローラー５５４と一方向傾斜凹溝５１７は、強制変速クラッチを構成し、前記キャリア４１３の回転力が前記円周方向ポール制御部材５１０に伝達されて、前記円周方向ポール制御部材５１０を、図１７の（ｃ）のように、時計方向に強く回転させる。

その結果、前記円周方向ポール制御部材５１０が時計方向に回転して、第１太陽歯車４１１ａの内歯車に強く噛み合わされていた第２ポール５０２を強制的に倒し、円周方向強制変速機能を持つことになる。

- 軸方向強制変速手段
軸方向強制変速機能は、本実施例において、３段から２段への変速時にのみ発生する。

本発明によるハブ内蔵型の多段変速機では、前記軸方向ポール制御部材５２０には、多角形になるように放射状に配置されて前記外周面の円形の表面部位に至るポール収容溝部５２１が形成され、ポール収容溝部５２１が立てられた状態の前記ドライバ２００の内周面に設けられたポールを収容して前記外周面の円形の表面部位に案内し、回転する前記ドライバ２００の内周面に設けられたポールを強制的に倒す、軸方向強制変速手段を；備えることが最も好ましい。

即ち、前記軸方向ポール制御部材５２０には、基本的に前記第３ポール５０３を倒すための傾斜した表面部位５２３、５２４が形成されており、軸方向ポール制御部材５２０が角度制御部材５５０のヘリカル傾斜面５５１に乗って移動したが、軸方向のリターンスプリング８０１によって復帰するとき、立てられている第３ポール５０３を倒す。

しかし、前記第３ポール５０３がキャリア４１３の歯車４１３ａに強く噛み合わされている場合には、軸方向リターンスプリング８０１の弾性力だけでは前記軸方向ポール制御部材５２０が復帰できない場合が発生する。

これに備えて、前記軸方向ポール制御部材５２０には、立てられた第３ポール５０３を収容して前記外周面の円形の表面部位で案内するためのポール収容溝部５２１が追加に設けられる。

前記ポール収容溝部５２１は、図１３及び図１４に示すように円形の外周面に概ね内接する多角形で構成される。

これにより、前記軸方向ポール制御部材５２０の外側に立てられた状態で回転する前記第３ポール５０３が、図１８の（ａ）のように、前記ポール収容溝部５２１の内部に入る。そして、以後、前記第３ポール５０３が図１８の（ｂ）及び（ｃ）のように回転すると、次第に前記第３ポール５０３は、前記ポール収容溝部５２１の角（端）に向かって移動し、次第に倒れる。

以後、前記第３ポール５０３が、前記ポール収容溝部５２１の角（端）に近寄ると、第３ポール５０３が前記ポール収容溝部５２１から抜け出て、互いに隣り合う前記ポール収容溝部５２１の間に形成された外周面の円形の表面部位に案内されて、図１８の（ｄ）のように、第３ポールが完全に倒れる状態となる。

したがって、前記ポール収容溝部５２１は、立てられた第３ポール５０３とキャリア４１３が強く噛み合わされている場合に、第３ポール５０３がまず挿入され、第３ポール５０３とドライバ２００が一体に回転されて、第３ポール５０３とキャリア４１３の噛合を強制的に解除し、軸方向ポール制御部材５２０の左側への移動が容易に行われることができる。

前記軸方向のポール制御部材５２０に形成されたポール収容溝部５２１には、第３ポール５０３をポール収容溝部５２１から容易に押し出すことができように傾斜面を多数個形成することが好ましく、本発明においては、8つのポール収容溝部５２１が形成されたことを例示した。

上述した円周方向ポール制御部材５１０と軸方向ポール制御部材５２０の制御角度に応じて前記第１ポール５０１、第２ポール５０２、第３ポール５０３、第４ポール５０４、第５ポール５０５の制御状態は、図１２に示されており、これを図表に整理すれば次の通りである。

下の表１には、２段の遊星歯車セット４１０が適用された実施例において、それぞれポールが動作するかどうかに応じ、第１出力クラッチ４２０と第２出力クラッチ４３０が回転力の伝達を行うかどうかがまた、表示されている。

ここで、Ｆは自由状態、Ｏ．Ｒ．はオーバーランニング状態、ＯはＯｎ状態、ＸはＯｆｆ状態、そしてＯＸはＯｎまたはＯｆｆの状態を意味する。

これに加え、前記ハブシェル３００と前記ドライバ２００は、その間に位置する軸受９０５によって相互に独立的に回転可能に設けられ、ダストカバー３１０によって異物質が侵入することを防止する。

上述した軸受９０３、９０４、９０５は、ボールベアリングを例示したが、すべり軸受などその種類に限定されない。

以下、図面を参照して、本発明のハブ内蔵型の多段変速機において、２段の遊星歯車セット４１０が適用された実施例の作用を、最低速の１段から低速の２段、変速がない３段、高速の４段、そして最高速の５段に至るまで区分して説明すると、次の通りである。

- １段
１段は変速レバーの操作がない初期状態で、第１ポール５０１だけが立てられた状態で、第２太陽歯車４１１ｂが拘束された状態であり、軸方向ポール制御部材５２０は、図面の左側に移動した位置にある。

このような状態で、スプロケット２１０を介して駆動力が伝達されると、ドライバ２００が回転する。

前記ドライバ２００に設けられた第３ポール５０３は、前記軸方向ポール制御部材５２０の外周面に触れて回転するだけで、前記ドライバ２００の回転力を遊星歯車セット４１０のキャリア４１３に直接伝達できない。

これにより、前記第２出力クラッチ４３０の内側の一方向クラッチを介して前記ドライバ２００の回転力が遊星歯車セット４１０のリングギア４１４に伝達され、外側の一方向クラッチは、所定の位相角度の違いによって回転力を伝達できない。以後、遊星歯車４１２の小径部４１２ｂが固定された第２太陽歯車４１１ｂと噛み合わされ、前記遊星歯車４１２が回転する。

前記キャリア４１３は、減速して最低速で回転し、これは第１出力クラッチ４２０を介してハブシェル３００の内周面に伝達されて出力が行われる。

整理すると、１段では、第１ポール５０１が第２太陽歯車４１１ｂを拘束することにより、スプロケット２１０→ドライバ２００→第２出力クラッチ４３０の内側の一方向クラッチ→リングギア４１４→遊星歯車４１２の小径部４１２ｂ→キャリア４１３→第１出力クラッチ４２０→ハブシェル３００を介して回転力が伝達されて最低速への減速が行われる。

- ２段
２段は、変速レバーの操作によって円周方向ポール制御部材５１０が一定角度を回転した状態で、第２ポール５０２が立てられた状態で、第１太陽歯車４１１ａが拘束された状態であり、軸方向のポール制御部材５２０は、図面の左側に移動した位置にそのまま位置している。

このような状態で、スプロケット２１０を介して駆動力が伝達されると、ドライバ２００が回転する。

このときにも、前記ドライバ２００に設けられた第３ポール５０３は、前記軸方向ポール制御部材５２０の外周面に触れて回転するだけで、前記ドライバ２００の回転力を遊星歯車セット４１０のキャリア４１３に直接伝達できない。

これにより、前記第２出力クラッチ４３０の内側の一方向クラッチを介して前記ドライバ２００の回転力が遊星歯車セット４１０のリングギア４１４に伝達され、遊星歯車４１２の大径部４１２ａが固定された第１太陽歯車４１１ａに噛み合わされて前記遊星歯車４１２が回転する。

前記キャリア４１３は減速して、低速で回転し、これは第１出力クラッチ４２０を介してハブシェル３００の内周面に伝達されて出力が行われる。

整理すると、２段では、第２ポール５０２が第１太陽歯車４１１ａを拘束することにより、スプロケット２１０→ドライバ２００→第２出力クラッチ４３０の内側の一方向クラッチ→リングギア４１４→遊星歯車４１２の大径部４１２ａ→キャリア４１３→第１出力クラッチ４２０→ハブシェル３００を介して回転力が伝達されて低速へ減速が行われる。

- ３段
３段は、変速レバーの操作によって円周方向ポール制御部材５１０が一定の角度でより回転した状態で、第１太陽歯車４１１ａ及び第２太陽歯車４１１ｂの両方が拘束されていない状態であり、軸方向ポール制御部材５２０が、図４のように図面の右側に移動して、第３ポール５０３が立てられた状態にある。

このような状態で、スプロケット２１０を介して駆動力が伝達されると、ドライバ２００が回転する。

このとき、前記ドライバ２００に設けられた第３ポール５０３は、図面の右側に移動した前記軸方向のポール制御部材５２０から離隔されて、前記第３ポール５０３が立てられる。これにより、前記ドライバ２００の回転力を遊星歯車セット４１０のキャリア４１３に直接伝達する。

これにより、前記第２出力クラッチ４３０は、別途の回転力を伝達せず、前記キャリア４１３は、前記ドライバ２００に入力される回転力を変化させずに直接受けて回転する。これは第１出力クラッチ４２０を介してハブシェル３００の内周面に伝達されて出力が行われる。

整理すると、３段では、第１太陽歯車４１１ａ及び第２太陽歯車４１１ｂの両方が拘束されず、ただ第３ポール５０３により、ドライバ２００の回転力が遊星歯車セット４１０のキャリア４１３に直接伝達されることにより、スプロケット２１０→ドライバ２００→ 第３ポール５０３→キャリア４１３→第１出力クラッチ４２０→ハブシェル３００を介して回転力が伝達されて変速なく出力が行われる。

- ４段
４段は変速レバーの操作によって、円周方向のポール制御部材５１０が一定の角度でより回転した状態で、第４ポール５０４が立てられて第１太陽歯車４１１ａが拘束された状態であり、軸方向ポール制御部材５２０が図面の右側に移動した状態を維持して、第３ポール５０３も立てられた状態でそのままある。

このような状態で、スプロケット２１０を介して駆動力が伝達されると、ドライバ２００が回転する。

このとき、前記ドライバ２００に設けられた第３ポール５０３は、図面の右側に移動した前記軸方向ポール制御部材５２０から離隔されて前記第３ポール５０３が立てられた状態を維持する。これにより、前記ドライバ２００の回転力を遊星歯車セット４１０のキャリア４１３に直接伝達する。

回転力は、前記キャリア４１３に変速せずに直接伝達され、遊星歯車４１２の大径部４１２ａが固定された第１太陽歯車４１１ａと噛み合わされて、前記遊星歯車４１２が高速で回転する。

この遊星歯車４１２の回転は、リングギア４１４に伝達され、前記第２出力クラッチ４３０の外側の一方向クラッチを介してハブシェル３００の内周面に伝達されて、出力が行われる。

整理すると、４段では、第１太陽歯車４１１ａが拘束され、第３ポール５０３によってドライバ２００の回転力が遊星歯車セット４１０のキャリア４１３に直接伝達されることにより、スプロケット２１０→ドライバ２００→第３ポール５０３→キャリア４１３→遊星歯車４１２の大径部４１２ａ→リングギア４１４→第２出力クラッチ４３０の外側の一方向クラッチ→ハブシェル３００を介して回転力が伝達されて高速に変速されて出力が行われる。

このとき、前記第２出力クラッチ４３０の内側の一方向クラッチは、オーバーランニングによってドライバ２００の回転力をリングギア４１４に伝達できない。

- ５段
５段は変速レバーの操作によって円周方向ポール制御部材５１０が一定の角度でより回転した状態で、第５ポール５０５が立てられて第２太陽歯車４１１ｂが拘束された状態であり、軸方向ポール制御部材５２０が図面の右側に移動した状態を維持して、第３ポール５０３も立てられた状態にある。

このような状態で、スプロケット２１０を介して駆動力が伝達されると、ドライバ２００が回転する。

このとき、前記ドライバ２００に設けられた第３ポール５０３は、図面の右側に移動した前記軸方向ポール制御部材５２０から離隔された状態をそのまま維持して、前記第３ポール５０３が立てられた状態を維持することにより、前記ドライバ２００の回転力を遊星歯車セット４１０のキャリア４１３に直接伝達する。

回転力は、前記キャリア４１３に変速せずに直接伝達され、遊星歯車４１２の小径部４１２ｂが固定された第２太陽歯車４１１ｂと噛み合わされて前記遊星歯車４１２が最速で回転する。

この遊星歯車４１２の回転は、リングギア４１４に伝達され、前記第２出力クラッチ４３０の外側の一方向クラッチを介してハブシェル３００の内周面に伝達されて出力が行われる。

整理すると、５段では、第２太陽歯車４１１ｂが拘束され、第３ポール５０３によってドライバ２００の回転力が遊星歯車セット４１０のキャリア４１３に直接伝達されることにより、スプロケット２１０→ドライバ２００→第３ポール５０３→キャリア４１３→遊星歯車４１２の小径部４１２ｂ→リングギア４１４→第２出力クラッチ４３０の外側の一方向クラッチ→ハブシェル３００を介して回転力が伝達されて最高速に加速されて出力が行われる。

このときにも、前記第２出力クラッチ４３０の内側の一方向クラッチは、オーバーランニングによってドライバ２００の回転力をリングギア４１４に伝達できない。

したがって、本発明のハブ内蔵型の多段変速機は、１段または２段以上の多段遊星歯車セット及び２重一方向クラッチを利用して、ハブ内蔵型の多段変速機をコンパクトに具現することができ、製品の商品性を極大化させ、変速レバーの操作に応じて、円周方向ポール制御部材５１０と軸方向ポール制御部材５２０を制御して回転力の伝達経路を変更させることで、多様な変速比を得ることができる最大の利点を持っている発明である。

また、円周方向及び軸方向の強制変速機能により、減速操作時、ポールを強制的に倒すことができるので変速がスムーズに行われ、変速の正確度を大きく向上させることができる発明である。

以上、本発明の好適な実施例を参照して説明したが、本発明の範囲は、これらの実施例、図面に限定されるものではない。

１００ シャフト
１０１、１０２、１０４、１０５ ポール座部
２００ ドライバ
２０３ ポール座部
２１０ スプロケット
３００ ハブシェル
３１０ ダストカバー
４００ 変速部
４１０ 遊星歯車セット
４１１ａ 第１太陽歯車
４１１ｂ 第２太陽歯車
４１２ 遊星歯車
４１２ａ 大径部
４１２ｂ 小径部
４１３ キャリア
４１３ｂ 一方向に傾斜した凹溝
４１４ リングギア
４１４ａ、４１４ｂ 一方向に傾斜した凹溝
４２０ 第１出力クラッチ
４３０ 第２出力クラッチ
４３１ａ、４３１ｂ ローラー
４３３ ケージ
５００ 制御部
５０１ 第１ポール
５０２ 第２ポール
５０３ 第３ポール
５０４ 第４ポール
５０５ 第５ポール
５１０ 円周方向ポール制御部材
５１１、５１２、５１４、５１５ 溝部
５１６ 回転制限突起
５１７ 一方向に傾斜した凹溝
５２０ 軸方向のポール制御部材
５２１ ポール収容溝部
５２３、５２４ 傾斜した表面部位
５３０ ケーブル連結部材
５３２ 中間連結部材
５４０ 貫通連結部材
５５０ 角度制御部材
５５１ ヘリカル傾斜面
５５３ 回転制限凹部
５５４ ローラー
５６０ ガイド部材
５６１ 軸方向ガイド溝
８０１ 軸方向リターンスプリング
８０２ 円周方向リターンスプリング
８０３ リターンスプリング
９０１、９０２ コーンナット
９０３、９０４、９０５ 軸受

Claims (7)

1. 車体に固定されたシャフト（１００）と、前記シャフト（１００）の外周に回転可能に位置し、回転力を入力されるドライバ（２００）及び回転力を出力させるハブシェル（３００）と；
   前記ハブシェル（３００）の内部に設けられる太陽歯車、遊星歯車（４１２）、キャリア（４１３）、リングギア（４１４）からなる遊星歯車セット（４１０）と、一方向クラッチとして前記キャリア（４１３）と前記ハブシェル（３００）との間に設けられる第１出力クラッチ（４２０）と、所定の位相角度の違いを持つように一体に構成された２つの一方向クラッチとして、前記ドライバ（２００）と前記リングギア（４１４）との間及び前記リングギア（４１４）と前記ハブシェル（３００）との間に設けられ、回転速度の違いに応じて前記ドライバ（２００）の回転力を前記リングギア（４１４）に伝達したり、または前記リングギア（４１４）の回転力を前記ハブシェル（３００）に伝達する第２出力クラッチ（４３０）を有し、前記ドライバ（２００）に入力される回転力を変速させて変速させた回転力を前記ハブシェル（３００）に出力させる変速部（４００）と；
   変速レバーの操作に応じて円周方向に回転し、前記シャフト（１００）の外周面に形成されたポール座部に位置する多数のポールをコントロールして前記太陽歯車の回転を選択的に制限する円周方向ポール制御部材（５１０）と、変速レバーの操作に応じて軸方向に移動し、前記ドライバ（２００）の内周面に設けられたポールをコントロールして前記ドライバ（２００）の回転を前記キャリア（４１３）に選択的に伝達させる軸方向ポール制御部材（５２０）を有し、前記変速部（４００）の変速を制御する制御部（５００）と；
   を備えることを特徴とするハブ内蔵型の多段変速機。
2. 前記第２出力クラッチ（４３０）は、
   前記リングギア（４１４）の内周面及び外周面に所定の位相角度の違いを持って形成される一方向に傾斜した凹溝（４１４ａ、４１４ｂ）と；
   前記一方向に傾斜した凹溝（４１４ａ、４１４ｂ）の内に位置する多数のローラー（４３１ａ、４３１ｂ）を回転可能に支持し、内周に位置するローラー（４３１ａ）と外周に位置するローラー（４３１ｂ）が所定の位相角度の違いを維持するように一体に形成されたケージ（４３３）を有し；
   前記第２出力クラッチ（４３０）は、前記ドライバ（２００）の外周面と前記リングギア（４１４）の内周面との間に内側の一方向クラッチを形成し、前記リングギア（４１４）の外周面と前記ハブシェル（３００）の内周面との間に外側の一方向クラッチを形成する２重一方向クラッチを有する；
   ことを特徴とする請求項１に記載のハブ内蔵型の多段変速機。
3. 前記遊星歯車（４１２）は、１段遊星歯車、または、２段以上の多段遊星歯車で構成され、前記ポール及び前記太陽歯車は、前記遊星歯車の段数に応じて追加に構成され、「（２×遊星歯車の段数）＋１」の変速段数で出力され得る
   ことを特徴とする請求項２に記載のハブ内蔵型の多段変速機。
4. 前記制御部（５００）は、
   変速レバーの操作により引き出されるケーブルが連結されて前記シャフト（１００）の外周面に回転可能に支持されるケーブル連結部材（５３０）と；
   前記ケーブル連結部材（５３０）の内周面に噛み合わされて一体に回転する中間連結部材（５３２）と；
   前記中間連結部材（５３２）の内周面に設けられて一体に回転し、リターンスプリング（８０３）によって一方向に弾性的に回転する貫通連結部材（５４０）と；
   前記貫通連結部材（５４０）に嵌合されて一体で回転されるように制御され、一側にヘリカル傾斜面（５５１）が形成された角度制御部材（５５０）と；
   前記角度制御部材（５５０）に連結されて回転に応じて前記シャフト（１００）のポール座部に位置する多数のポールを制御する円周方向ポール制御部材（５１０）と；
   前記シャフト（１００）に固定されたガイド部材（５６０）の軸方向のガイド溝（５６１）に案内されて軸方向に移動可能であり、前記角度制御部材（５５０）の回転に応じて前記ヘリカル傾斜面（５５１）にそって軸方向に移動して前記ドライバ（２００）の内周面に設けられたポールを制御する軸方向ポール制御部材（５２０）を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載のハブ内蔵型の多段変速機。
5. 前記軸方向ポール制御部材（５２０）は、外周面が前記ドライバ（２００）の内周面に設けられたポールと接触するように、軸方向に傾斜した表面部位（５２３、５２４）及び軸方向にそって継続した円形の表面部位とを備える略円形の外周部を有し、前記軸方向ポール制御部材（５２０）の一方向の移動時に前記軸方向ポール制御部材（５２０）が前記ドライバ（２００）の内周面に設けられたポールから離隔され、前記ドライバ（２００）の内周面に設けられたポールが立つことが許容され、軸方向のリターンスプリング（８０１）によって前記軸方向ポール制御部材（５２０）が逆方向に復帰する時に、前記傾斜した表面部位（５２３、５２４）によって前記ドライバ（２００）の内周面に設けられたポールが倒され、外周面の円形の表面部位によって前記ドライバ（２００）の内周面に設けられたポールを倒れた状態で維持する
   ことを特徴とする請求項４に記載のハブ内蔵型の多段変速機。
6. 前記制御部（５００）は、
   前記円周方向ポール制御部材（５１０）の外周面に形成された多数の回転制限突起（５１６）及び多数の一方向に傾斜した凹溝（５１７）と；
   前記角度制御部材（５５０）の外周縁に形成されて所定の遊びを持って前記回転制限突起（５１６）を収容する回転制限凹部（５５３）と；
   前記角度制御部材（５５０）に半径方向に移動できる態様で支持される多数のローラー（５５４）と；
   前記円周方向ポール制御部材（５１０）と前記角度制御部材（５５０）との間に連結されて前記角度制御部材（５５０）について一方向に回転するように前記円周方向ポール制御部材（５１０）を弾性的に支持する円周方向リターンスプリング（８０２）を備える円周方向強制変速手段を有し；
   前記ハブ内蔵型の多段の変速機は、前記角度制御部材（５５０）と前記円周方向ポール制御部材（５１０）との間に位相角度の違いが発生することによって、前記ローラー（５５４）がその内周に位置して回転する前記円周方向ポール制御部材（５１０）の外周面に形成された一方向に傾斜した凹溝（５１７）から外側に強制的に移動され、前記キャリア（４１３）の内周面に接触する強制変速クラッチを形成し、前記円周方向ポール制御部材（５１０）を強制的に回転させて前記シャフト（１００）のポール座部に位置する多数のポールのいずれか一つを強制的に倒す、円周方向強制変速機能を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載のハブ内蔵型の多段変速機。
7. 前記軸方向のポール制御部材（５２０）には、多角形になるように放射状に配置されて前記外周面の円形の表面部位に至るポール収容溝部（５２１）が形成され、前記ポール収容溝部（５２１）が立てられた状態の前記ドライバ（２００）の内周面に設けられたポールを収容し、前記ポールを前記外周面の円形の表面部位に案内することにより、回転する前記ドライバ（２００）の内周面に設けられたポールを強制的に倒す、軸方向強制変速手段を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載のハブ内蔵型の多段変速機。

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