JPH10310094A - 自転車用内装変速ハブ - Google Patents
自転車用内装変速ハブInfo
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- JPH10310094A JPH10310094A JP9117996A JP11799697A JPH10310094A JP H10310094 A JPH10310094 A JP H10310094A JP 9117996 A JP9117996 A JP 9117996A JP 11799697 A JP11799697 A JP 11799697A JP H10310094 A JPH10310094 A JP H10310094A
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- clutch
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- bicycle
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10T74/20—Control lever and linkage systems
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-
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Abstract
クにものが当たったり引っ掛かったりしないようにす
る。 【解決手段】 内装変速ハブ10は、ハブ軸21と、駆
動体22と、筒状のハブシェル23と、遊星歯車機構2
4と、操作機構25と、ベルクランク26を備えてい
る。駆動体はハブ軸に回転自在に支持され小ギア32に
連結されている。ハブシェルは、内部に収納空間23a
を有し、ハブ軸回りに回転自可能であり後輪7に連結さ
れている。遊星歯車機構24は、複数の動力伝達経路を
有し、駆動体からの動力を複数の動力伝達経路のうち選
択された一つの経路を介してハブシェルに伝達する。操
作機構は、ハブ軸方向に移動することで複数の動力伝達
経路の一つを選択する。ベルクランクは、フレームに装
着された状態でハブ軸に軸端より内側に装着可能であ
り、操作機構を軸方向に移動させる。
Description
に、自転車のフレームに装着可能であり、入力体からの
動力を選択された所定の変速比で出力体に伝達する自転
車用内装変速ハブに関する。
軽快車は、安価で気軽に乗れるため、通勤や通学や買い
物に広く使用されている。この種の軽快車では、平地を
高速で走行したり上り坂を少ない労力で登るために、内
装変速ハブが後輪に装着されたものが知られている。
ムに固定されるハブ軸と、ハブシェルと、駆動体と、遊
星歯車機構と、操作機構と、移動機構とを備えている。
ハブシェルはハブ軸回りに回転可能であり、外周部にス
ポーク孔を有している。駆動体は、ハブ軸に回転自在に
支持され小ギアに連結されている。遊星歯車機構は、ハ
ブシェルの収納空間内に配置されており、ハブ軸に形成
された太陽ギアと、太陽ギアに噛み合う複数の遊星ギア
と、遊星ギアに噛み合うリングギアと、各遊星ギアを回
転自在に連結しハブ軸回りに回動可能なギア枠とを有し
ている。この遊星歯車機構は、三段変速の場合、遊星歯
車機構を介さない直結経路と、遊星歯車機構の遊星歯車
を介してリングを回転させる増速経路と、遊星歯車機構
のリングギアを介して遊星歯車を回転させる減速経路と
の3つの動力伝達経路を有している。操作機構は、ハブ
軸の内部に軸方向に移動自在に配置された操作ロッド
と、操作ロッドに連動して移動するクラッチ部材とを有
し、移動することで遊星歯車機構の複数の動力伝達経路
の一つを選択するための部材である。
は、ベルクランク式のものとチェーンやワイヤーによる
直引き式のものとがある。ベルクランク式のものは、ハ
ブ軸の端部に装着された支持部材と、支持部材に揺動自
在に支持された揺動リンクとを有している。揺動リンク
の一端には、先端に変速レバーが連結された変速ケーブ
ルが係止されている。また揺動リンクの他端には、ハブ
軸の端部から突出した操作ロッドが当接しており、揺動
リンクで操作ロッドを押すことで変速操作をおこなって
いる。直引き式のものは、操作ロッドの先端に連結され
たチェーンやワイヤーを有している。直引き式では、チ
ェーンやワイヤがハブ軸端から突出した後湾曲して変速
ケーブルに連結されており、操作ロッドを引くことで変
速操作を行っている。
を操作して変速ケーブルを引いたり繰り出したりするこ
とで、操作ロッドを移動させクラッチ部材により動力伝
達経路を切り換えて変速している。
クランク式のものに比べて構造がシンプルであり低コス
ト化を図りやすい。しかし、直引き式のものは操作ロッ
ドをチェーンやワイヤにより直接引いているので、揺動
リンクの揺動により操作ロッドを移動させているベルク
ランク式のものに比べて操作効率が低くなる。ここで、
操作効率とは入力された操作力に対して実際に使用され
た操作力の割合をいう。また、直引き式のものはハブ軸
内で操作ロッドとチェーンやワイヤとを連結しているの
で、組付け作業や操作ロッドの交換作業等を揺動式のも
のに比べて行いにくい。このため、一般の内装変速ハ
ブ、特に三段変速の内装変速ハブには、ベルクランク式
の移動機構が広く採用されている。
も、移動機構がハブ軸端から突出しているので、自転車
が転倒すると移動機構が損傷しやすい。このように移動
機構が損傷すると変速できなくなることがある。また、
突出している移動機構に走行中にものが当たったり引っ
掛かったりするおそれがある。本発明の課題は、内装変
速ハブにおいて、移動機構の損傷を防止しかつ移動機構
にものが当たったり引っ掛かったりしないようにするこ
とにある。
装変速ハブは、自転車のフレームに装着可能であり、入
力体からの動力を選択された所定の変速比で出力体に伝
達するハブであって、ハブ軸と、駆動体と、筒状の従動
体と、動力伝達機構と、操作機構と、移動機構を備えて
いる。ハブ軸は、フレームに固定可能なものである。駆
動体は、ハブ軸に回転自在に支持され入力体に連結可能
なものである。従動体は、内部に収納空間を有し、ハブ
軸回りに回転自可能であり出力体に連結可能なものであ
る。動力伝達機構は、従動体の収納空間内に配置され、
複数の動力伝達経路を有し、駆動体からの動力を複数の
動力伝達経路のうち選択された一つの経路を介して従動
体に伝達するものである。操作機構は、ハブ軸の内部に
軸方向に移動自在に配置され、移動することで複数の動
力伝達経路の一つを選択するための機構である。移動機
構は、フレームに装着された状態でハブ軸にハブ軸の軸
端より内側に装着可能であり、操作機構を軸方向に移動
させるための機構である。
ば変速ケーブルを介して手元で操作すると、操作機構が
軸方向に移動し、動力伝達経路の一つが選択されて入力
体から駆動体を介して動力が従動体を経て出力体に伝達
される。この移動機構は、ハブ軸端より内側に装着され
るので、ハブ軸端から移動機構が外方に突出しなくな
り、移動機構の損傷を防止できるとともに移動機構に物
があたったり引っ掛かったりしにくくなる。
明1に記載のハブにおいて、操作機構を軸方向の一方に
付勢する付勢部材をさらに備え、移動機構は、操作機構
を軸方向の他方に移動させる。この場合には、移動機構
は、操作機構を他方に押すだけでよいので、操作機構の
構成が簡素になる。発明3に係る自転車用内装変速ハブ
は、発明1又は2に記載のハブにおいて、移動機構は、
揺動により操作機構を押して移動させる。この場合に
は、揺動により狭いスペースで操作機構を押すことがで
きる。しかもてこの原理を利用すれば、少ない力で操作
機構を押すことができる。
明3に記載のハブにおいて、移動機構は、ハブ軸の軸端
より内側に装着される支持部材と、中間が支持部材に揺
動自在に支持され、基端が変速操作ケーブルに係止可能
であり、先端が操作機構に当接可能なリンク部材とを備
えている。この場合には、リンク部材を軸端より内側で
揺動させることで、支持部材をハブ軸に装着し変速操作
ケーブルをリンク部材に係止したときに揺動するリンク
部材もハブ軸端から突出しなくなる。
明4に記載のハブにおいて、支持部材は、フレームより
内側でハブ軸に装着可能である。この場合には、軸端よ
りさらに内側に支持部材が装着されるので、支持部材や
リンク部材がフレームにより保護され、移動機構の損傷
をより確実に防止できる。発明6に係る自転車用内装変
速ハブは、発明4又は5に記載のハブにおいて、変速操
作ケーブルはインナーケーブルとアウターケーシングと
を有し、インナーケーブルはリンク部材に係止可能であ
り、アウターケーシングは支持部材に係止可能である。
この場合にはインナーケーブルをアウターケーシングに
対して移動させることでリンク部材を揺動させて操作機
構を軸方向に移動させることができる。
明4から6のいずれかに記載のハブにおいて、ハブ軸に
は操作機構の端部を露出させるための溝が形成されてお
り、前記リンク部材の先端は溝の内部で操作機構に当接
する。この場合には、ハブ軸に溝を形成することで、支
持部材をハブ軸端より内側に装着してもリンク部材を確
実に操作機構に当接させることができる。
明1から7のいずれかに記載のハブにおいて、操作機構
は、ハブ軸の内部に配置された棒状部材と、棒状部材に
連動して移動して動力伝達経路を切り換えるクラッチ部
材とを有する。この場合には、棒状部材に移動機構を当
接させることでクラッチ部材が軸方向に移動して動力を
確実に切り換え変速する。
した自転車は軽快車であり、ダブルループ形のフレーム
体2とフロントフォーク3とを有するフレーム1と、ハ
ンドル部4と、駆動部5と、前輪6と、3段変速の内装
変速ハブ10が装着された後輪7と、前ブレーキ装置8
と、内装変速ハブ10を手元で操作するための変速操作
部9とを備えている。
4、前輪6及び後輪7を含む各部が取り付けられてい
る。ハンドル部4は、フロントフォーク3の上部に固定
されたハンドルステム14とハンドルステム14に固定
されたハンドルバー15とを有している。ハンドルバー
15の右端には前ブレーキ装置8を構成するブレーキレ
バー16とグリップ17と変速操作部9とが装着されて
いる。変速操作部9は、ブレーキレバー16の内側でハ
ンドルバー15に装着されており、インナーケーブルと
アンターケーシングとからなる変速操作ケーブル73に
より内装変速ハブ10と連結されている。変速操作部9
は、インナーケーブルを巻取操作するための巻取レバー
と巻取レバーによる巻取操作を解除してインナーケーブ
ルを繰り出す解除レバーとを有する一般的な構成であり
詳細な説明を省略する。
ー部)に設けられたギアクランク18と、ギアクランク
18に掛け渡されたチェーン19と、内装変速ハブ10
とを有している。 〔内装変速ハブの構成〕内装変速ハブ10は、減速、直
結及び増速の動力伝達経路を含む計3段構成のコースタ
ーブレーキ付きのハブである。この内装変速ハブ10
は、図2に示すように、自転車のフレーム体2の後爪2
aに固定されるハブ軸21と、ハブ軸21の一端側外周
に配置された駆動体22と、ハブ軸21及び駆動体22
のさらに外周に配置されたハブシェル23と、遊星歯車
機構24と、動力伝達経路を選択するための操作機構2
5と、操作機構25を動作させるためのベルクランク2
6と、コースターブレーキ27とを有している。
に、中央部が大径で両端部が小径で両端にネジが形成さ
れた棒状の部材である。ハブ軸21の軸芯部には、図2
右端から中央部に向かって操作穴21aが形成されてい
る。また右端部において、フレーム体2への装着状態で
後爪2aより内側には軸芯を貫通して所定長さにわたり
第1貫通溝21bが形成されている。また、第1貫通溝
21bの形成部分の外周面にはベルクランク26装着用
の面取り部21c(図6参照)が対向して1対形成され
ている。さらに、操作穴21aの底部近傍には、軸芯を
貫通する第2貫通溝21dが形成されている。第2貫通
溝21dは、ハブ軸21の軸芯を貫通しかつ軸芯に対し
て所定の溝傾斜角度β(図5参照)分傾斜し、図5右か
ら左に向かうにしたがい進行方向と逆側に捩じれて形成
されている。このような第2貫通溝21dは、所定径の
エンドミルを使用して軸芯を貫通する孔を形成したの
ち、ハブ軸21を進行方向に緩やかに回転させながら軸
方向中央側に送ることで形成される。したがって、この
ような第2貫通溝21dは、両端で交差した貫通孔が軸
方向の移動に応じて徐々に回転して螺旋状に連続した形
状である。この溝傾斜角度βは、10度から50度の範
囲が好ましい。
し31を介してハブ軸21に回転自在に支持されてお
り、一端部外周には小ギア32が固定されている。さら
に駆動体22の他端側内周部には、複数のセレーション
内歯22aが軸方向に沿って形成されている。ハブシェ
ル23は筒状部材であり、その内周部の収容空間23a
に駆動体22及び遊星歯車機構24を収容している。ハ
ブシェル23は、ボール33,34及び玉押し35を介
してハブ軸21回りに回転可能である。また、ハブシェ
ル23の外周部両端には、スポーク7a(図1参照)を
支持するためのハブ36,37が固定されている。
は、ハブ軸21と同芯でかつ一体に形成された太陽ギア
40と、ハブ軸21の外周に配置されたギア枠41と、
太陽ギア40に噛み合う3つの遊星ギア42(図では1
つの遊星ギアのみを示している)と、リングギア43と
を有している。
1に回転自在に支持されている。ギア枠41には円周方
向に3つの切欠き41aが形成されており、この各切欠
き41aに遊星ギア42がピン44により回転自在に支
持されている。またギア枠41の一端内周部にはセレー
ション内歯41bが、他端外周部にはセレーション外歯
41c(図1)がそれぞれ形成されている。
ており、遊星ギア42から駆動体22の外周側まで延び
ている。リングギア43の他端内周部には内歯43bが
形成されている。遊星ギア42は、前述のように太陽ギ
ア40に噛み合うと同時に、リングギア43の内歯43
bにも噛み合っている。また、リングギア43の一端側
には切欠き43aが形成されており、この切欠き43a
に、図4に示すように第1ワンウェイクラッチ50を構
成するクラッチ爪53がピン54により揺動自在に支持
されている。このクラッチ爪53は、捩じりコイルバネ
55により起立方向に付勢されている。第1ワンウェイ
クラッチ50は、リングギア24からハブシェル23に
進行方向の回転駆動力のみ伝達する。クラッチ爪53
は、ハブシェル23の内周面に形成されたラチェット歯
23bにリングギア24が進行方向に回転したときのみ
噛み合う。この第1ワンウェイクラッチ50は、リング
ギア24が進行方向に回転する伝達可能状態であっても
後述するクラッチ部材の移動によりクラッチ爪53がラ
チェット爪23bに噛み合う動力伝達状態と、ラチェッ
ト爪23bから退避する動力遮断状態とに切り換え可能
である。
駆動体22からリングギア24に進行方向の回転駆動力
のみを伝達する第2ワンウェイクラッチ51が配置され
ている。また、ギア枠41とハブシェル23との間に
は、ギア枠41からハブシェル23に進行方向の回転駆
動力のみを伝達する第3ワンウェイクラッチ52が配置
されている。なお、第3ワンウェイクラッチ52は、一
端内周部にセレーション内歯56aが形成された筒状の
クラッチケース56を有している。このセレーション内
歯56aがギア枠41のセレーション外歯41cに係合
し、クラッチケース56とギア枠41とは一体で回転す
る。これらの2つのワンウェイクラッチ51,52は、
第1ワンウェイクラッチ50と異なり伝達可能状態での
切り換えは行えない。
達経路を選択するものであり、クラッチ部材45と、ク
ラッチ操作部46とを有している。クラッチ部材45
は、駆動体22とギア枠41とを連結状態と離脱状態と
に切り換えるとともに、第1ワンウェイクラッチ50を
動力伝達状態と動力遮断状態とに切り換えるものであ
る。クラッチ部材45は、ハブ軸21の外周に軸方向に
移動自在かつ回転自在に配置されている。クラッチ部材
45は、図4に示すように筒状の部材であり、その一端
側の外周部にはセレーション外歯45aが形成されてお
り、セレーション外歯45aはセレーション内歯22a
にスライド自在に係合している。また、クラッチ部材4
5の他端側には大径部45bが形成されておりその外周
部にはセレーション外歯45cが形成されている。セレ
ーション外歯45cは、ギア枠41に形成されたセレー
ション内歯41bに係合可能である。大径部45bと一
端側との間にはテーパ面45dが形成されている。この
テーパ面45dは、第1ワンウェイクラッチ50のクラ
ッチ爪53を実線で示す起立位置(動力伝達位置)から
2点鎖線で示す退避位置(動力遮断位置)に倒すために
設けられている。クラッチ部材45が左側から右端の減
速位置に移動すると、クラッチ爪53がテーパ面45d
に沿って大径部45bに乗り上げて退避位置に倒れる。
クラッチ部材45の内周面には、図3に示すように2つ
の段差部45e,45fが軸方向に間隔を隔てて形成さ
れている。左側の段差部45fには、図4に示すように
複数のカム面47が周方向に間隔を隔てて形成されてい
る。カム面47は、図5に示すように、一端側に凹んだ
平坦面47aと、平坦面47aの進行方向Aの下流側に
連なるアール面47bと、上流側に連なる傾斜面47c
とを有している。この傾斜面47cの軸芯に対する傾斜
角度αは、第2貫通溝21dの溝傾斜角度βより大きく
かつ20度から70度の範囲が好ましい。
をハブ軸21の軸方向に移動させるとともに、クラッチ
部材45と係合してクラッチ部材45の回転駆動力を軸
方向への変位に変換するものである。クラッチ操作部4
6は、図3に示すように、操作穴21a内を軸方向に移
動するプッシュロッド48と、プッシュロッド48によ
りギア枠41側に押圧される変速キー49とを有してい
る。
に、所定長さを有する操作体65と、操作体65の先端
に軸方向に移動可能に装着された作動体66と、操作体
65と作動体66との間に配置された第1コイルバネ6
0とを有している。操作体65は、ロッド部68とロッ
ド部68にねじ込まれた当接部69とを有している。ロ
ッド部68の基端にはネジ部68aが形成され、先端に
は大径部68bが形成されている。このネジ部68aが
当接部69にねじ込まれている。また、大径部68bが
作動体66の内部に形成されたガイド孔66aにスライ
ド自在に装着されている。なお、ガイド孔66aは操作
体66側が小径になっており、操作体66が抜けないよ
うになっている。第1コイルバネ60は、作動体66の
端面と当接部69の端部との間に圧縮状態で介装され、
作動体66と操作体65とを離反する方向に付勢し、作
動体66が変速キー49を押圧すると、クラッチ部材4
5をギア枠41側に付勢する。
が三角形状の棒状部材であり、押圧されると第2貫通溝
21d内を周方向に旋回しながら、すなわち捩じれなが
ら軸方向に移動する。また、変速キー49は、クラッチ
部材45の他端内周部に装着された止め輪63により、
クラッチ部材45の内部でそれより外方への移動を規制
されている。したがって、実際には図4に示すようにク
ラッチ部材45の外方に飛び出すことはない。これによ
り変速キー49は、プッシュロッド48に押圧されてク
ラッチ部材45を図3左方に移動させる。
の内部でカム面47に当接可能である。変速キー49が
カム面47の平坦部47aに当接した状態でクラッチ部
材45が進行方向に回転すると、変速キー49はカム面
47の傾斜面47cにより第2貫通溝21d側に押圧さ
れ軸方向左方への移動が規制され、クラッチ部材45が
軸方向右方に移動する。すなわち、クラッチ部材45の
回転駆動力を軸方向への変位に変換して変速操作をアシ
ストする。
形成されており、そこには、一端がハブ軸21に係止さ
れた第2コイルバネ61が係止されている。この第2コ
イルバネ61により変速キー49は常にクラッチ部材4
5側に付勢されている。また、変速キー49とクラッチ
部材45との間には第3コイルバネ62が介装されてい
る。第3コイルバネ62は、所定長さに全長が規制され
ており、圧縮されると変速キー49がクラッチ部材45
に当接する前に両者を離反する方向に付勢する。これに
より、移動中においてクラッチ部材45は変速キー49
からの距離が一定になり正確に位置決めされる。
1,62の付勢力は、この順に小さくなっている。すな
わち、バネ力がこの順に小さくなっている。ここで、第
1コイルバネ60のバネ力が第2コイルバネ61より小
さいと、プッシュロッド48で変速キー49を押圧して
も第1コイルバネ60が撓んで変速キー49が移動しな
い。また、第2コイルバネ61のバネ力が第3コイルバ
ネ62より小さいと、第2コイルバネ61で変速キー4
9を押圧しても変速キー49がカム面47に入らず、変
速操作をアシストできない。
a内で操作体65と作動体66との間の比較的大きな空
間に配置されているので、巻数を増やしてバネ力とバネ
定数とを低くすることが可能である。このため、第2及
び第3コイルバネ61,62のバネ力とバネ定数とをさ
らに低くすることができ、変速時にプッシュロッド48
を押圧する力、即ち変速操作部9における巻取レバーの
操作力を軽減することができる。この結果、インナーケ
ーブルの張力も小さくなり、インナーケーブルが破断し
にくくなる。
は、図3、図7及び図8に示すように、ハブ軸21をフ
レーム体2に装着した状態で後爪2aより内側に装着さ
れている。ベルクランク26は、面取り部21cに装着
される支持ブラケット70と、支持ブラケット70に揺
動自在に支持されたリンク部材71とを備えている。
1cを挟む装着部70aを、中間部にリンク部材71を
揺動自在に支持する支持部70bを、先端部に変速操作
ケーブル73のアウターケーシング73aを係止するた
めの係止部70cをそれぞれ有している。支持ブラケッ
ト70は、面取り部21cにおいて装着部70aと一端
が装着部70aに係止された装着バンド金具72とでハ
ブ軸21を挟むことでハブ軸21に回転不能かつ軸方向
移動不能に装着されている。支持部70bにはリンク部
材71を揺動させるためのリンク軸74が装着されてい
る。係止部70cにはアウターケーシング73aを係止
するアウター係止ネジ76がねじ込まれており、このネ
ジ76によりリンク部材71の揺動姿勢を調節可能であ
る。
れた板状部材からなり、底部71aと底部71aの一端
からハブ軸21側に延びる作用アーム71bと、底部7
1aの他端から作用アーム71bは直交する方向にハブ
軸21の内側に延びるインナー係止アーム71cとを有
している。この底部71aに沿ってリンク軸74が配置
されており、リンク軸74は、作動部71bと係止部7
1cのそれぞれの基端を貫通して支持ブラケット70の
支持部70bに装着されている。作用アーム71bの先
端には円形の当接部71dが形成されており、当接部7
1dがプッシュロッド48の後端に当接している。ま
た、係止アーム71cの先端にはケーブル掛け75が回
動自在に装着されている。このケーブル掛け75に変速
操作ケーブル73のインナーケーブル73bが係止され
ており、変速操作部9によりインナーケーブル73bを
引くことでリンク部材71が揺動し変速操作が行われ
る。
ブレーキ27は、図1に示すように、ブレーキケース5
6に装着されている。コースターブレーキ27は、ブレ
ーキケース56に支持されたブレーキローラ57と、ギ
ア枠41の他端外周に形成されたカム面4dと、ハブシ
ェル23の他端内面に制動作用するブレーキシュー58
とを備えている。ブレーキローラ57は、駆動体22が
逆方向に回転した際にカム面41dにより径方向外方に
押されるようになっている。この結果、ブレーキシュー
58がハブシェル23の内面に接触して制動する。
ーキロック現象が生じやすい。ブレーキロック現象は、
逆転制動時に第1ワンウェイクラッチ50が伝達可能状
態であると、ブレーキがかかった状態で駆動力が伝達さ
れ、ブレーキを解除できなくなる現象である。この現象
を防止するために、この実施形態では、爪ケージ59が
第1ワンウェイクラッチ50に装着されている。
ット歯23bと、第1ワンウェイクラッチ50のクラッ
チ爪53との間に一定角度の遊びを設け、その遊び分リ
ングギア43が回転する間にブレーキを解除できるよう
にするものである。すなわち、爪ケージ59は、クラッ
チ爪53を一定角度起立できないようにするか、又は起
立していても一定角度ラチェット爪23bに係止できな
い位置で起立させ、駆動開始時のクラッチ爪53がラチ
ェット爪23bに係止される時間を遅らせるものであ
る。
およびワンウェイクラッチ50〜52により、この内装
変速ハブ10は、駆動体22−リングギア43−遊星歯
車機構24−ギア枠41−ハブシェル23で構成される
減速動力伝達経路と、駆動体22−リングギア43−ハ
ブシェル23で構成される直結動力伝達経路と、駆動体
22−クラッチ部材45−ギア枠71−遊星歯車機構5
4−リングギア43−ハブシェル23で構成される増速
動力伝達経路とを有している。
ーブル73を介してベルクランク26で操作することに
より行う。 〔減速−増速側での動作〕プッシュロッド48が押し込
まれていない図3に示す状態では、クラッチ部材45は
右端の減速位置に配置され、駆動体22からの回転は減
速動力伝達経路を介して減速され、ハブシェル23に伝
達される。すなわち、駆動体22に入力された回転は、
第2ワンウェイクラッチ51を介してリングギア43に
伝達される。このとき、クラッチ部材45により第1ワ
ンウェイクラッチ50のクラッチ爪53は、図4に2点
鎖線で示す退避姿勢に回動し第1ワンウェイクラッチ5
0は動力遮断状態になっている。このため、リングギア
43に伝達された回転は、さらに遊星歯車機構24、ギ
ア枠41および第3ワンウェイクラッチ52を介してハ
ブシェル23に伝達される。この場合は、太陽ギア4
0、遊星ギア42およびリングギア43の歯数によって
決定される変速比によって、入力回転は減速して出力さ
れる。
れると、ベルクランク26のリンク部材71が揺動しプ
ッシュロッド48が1段分押し込まれる。この結果、第
1コイルバネ60のバネ力が第2コイルバネ61のバネ
力より強いので、変速キー49がプッシュロッド48を
介してリンク部材71により押されて第2貫通溝21d
に案内されてハブ軸回りに回転しながら図3左方に移動
し、止め輪63を介してクラッチ部材45も押されて移
動する。そして、図9に示す直結位置にクラッチ部材4
5が配置されると、テーパ面45dにより退避姿勢にさ
せられていた第1ワンウェイクラッチ50のクラッチ爪
53は、捩じりコイルバネ55のバネ力により図4に実
線で示す起立姿勢に復帰する。この状態では、第1ワン
ウェイクラッチ50は、進行方向の回転のみリングギア
43からハブシェル23に伝達可能になる。したがっ
て、駆動体22からの回転は直結動力伝達経路を介して
そのままハブシェル23に伝達される。すなわち、駆動
体22に入力された回転は、第2ワンウェイクラッチ5
1を介してリングギア43に伝達され、さらに第1ワン
ウェイクラッチ50を介してハブシェル23に伝達さ
れ、駆動体22の回転はリングギア43を介して直接ハ
ブシェル23に伝達される。なお、このとき、リングギ
ア43から遊星歯車機構24を介してギア枠41に回転
が伝達されギア枠41が減速回転するが、ハブシェル2
3の回転がギア枠41より速いため、ギア枠41から第
3ワンウェイクラッチ52を介してハブシェル23に回
転が伝達されることはない。
にプッシュロッド48が押し込まれると、変速キー49
がさらに左方に移動し、クラッチ部材45もそれに応じ
て増速位置に移動する。そして、図10に示す増速位置
にクラッチ部材45が配置されると、クラッチ部材45
のセレーション外歯45cとギア枠41のセレーション
内歯41bとが噛み合う。この増速位置への移動の際
に、セレーション外歯45cとセレーション内歯41b
とが噛み合う位置に配置されているときには、クラッチ
部材45がギア枠41に当接した後、そのままクラッチ
部材45は左方の増速位置に移動する。しかし噛み合わ
ない位置に配置されているときには、クラッチ部材45
がギア枠41に当接した時点で変速キー49及びクラッ
チ部材45は左方への移動を一旦停止する。すると、プ
ッシュロッド48の作動部66が後退し第1コイルバネ
60が圧縮して変速キー49が押圧される。そして、ク
ラッチ部材45が回転して2つの歯45c,41bが噛
み合う位置になると、第1コイルバネ60のバネ力によ
り変速キー49を介してクラッチ部材45が移動し2つ
の歯45c,41bが噛み合う。
転は、増速伝達経路を介してハブシェル23に伝達され
る。すなわち、駆動体22からクラッチ部材45を介し
てギア枠41に伝達され、さらにギア枠41に伝達され
た回転は、遊星歯車機構24、リングギア43及び第1
ワンウェイクラッチ50を介してハブシェル23に伝達
される。この場合は、太陽ギア40、遊星ギア42及び
リングギア43の歯数によって決定される変速比で入力
回転は増速して出力される。なお、このとき、駆動体2
2から第2ワンウェイクラッチ51を介してリングギア
43に向けて回転が伝達されようとするが、リングギア
43の回転の方が駆動体22より速いので第2ウェイク
ラッチ51から回転は伝達されない。
は、駆動体22とリングギア43との間で直接回転が伝
達されるため、力が作用していないクラッチ部材45を
移動させればよい。このため、クラッチ部材45を押す
ための第1コイルバネ60のバネ力は小さくてよく、軽
い変速操作を実現できる。 〔増速−減速側でのアシスト動作〕図10に示す増速位
置で変速操作部9の解除レバーが操作されると、第1コ
イルバネ60による付勢力がなくなり、第2コイルバネ
61により変速キー49が押圧されてプッシュロッド4
8は一段分右方に移動する。そして、変速キー49が第
3コイルバネ62を介してクラッチ部材45を押圧して
クラッチ部材45を直結位置に移動しようとする。ペダ
ルを踏んでおらず駆動力が伝達されていないときにはク
ラッチ部材45がギア枠45から離脱し、クラッチ部材
45は直結位置に移動する。しかし、ペダル踏んでいる
とクラッチ部材45からギア枠41に駆動力が伝達され
ているので、セレーション内歯41bとセレーション外
歯45bとが摩擦力により噛み合ったままになることが
ある。このような場合、第2コイルバネ61のバネ力だ
けではクラッチ部材45が図10右方に移動しない。こ
のような状態で、図5に示すように、変速キー49がク
ラッチ部材45のカム面47の平坦面47aに当接する
と、クラッチ部材45の進行方向Aへの回転により変速
キー49が第2貫通溝21dに挿入された部分の全長で
第2貫通溝21dの壁面に押圧され摩擦力により逃げに
くくなる。この結果、変速キー49が傾斜面47cに乗
り上げると、クラッチ部材45が右方に移動する。そし
てセレーション内歯41bとセレーション外歯45cと
の噛合が外れると、クラッチ部材45は、変速キー49
を介して第2コイルバネ61により押圧されて直結位置
に移動する。すなわち、変速キー49とクラッチ部材4
5のカム面47との接触によりクラッチ部材45の回転
運動が軸方向の変位に変換され変速をアシストする。
1により押圧されかつ第2貫通溝21dが軸芯に対して
傾斜しかつ螺旋状に捩じれているので、前述したように
軸方向に逃げにくくなっている。したがって、第2コイ
ルバネ61の付勢力及び変速キー49と第2貫通溝21
dの壁面との摩擦力に見合う力以下の駆動力が伝達され
たときには、変速キー49は軸方向に逃げない。しか
し、それ以上の大きな駆動力が作用すると、クラッチ部
材45が移動せずに変速キー49が第2コイルバネ61
の付勢力及び壁面との摩擦力に打ち勝って軸方向左方に
逃げることがある。ここで、上記摩擦力は溝傾斜角度β
によって設定可能である。この溝角度βを大きくしすぎ
ると、プッシュロッド48で変速キー49を押したとき
に、変速キー49が左方に移動しにくくなる。また、小
さくしすぎると、プッシュロッド48による押圧時の抵
抗は少なくなるが、摩擦力も低減する。従って前述した
ように、この溝傾斜角度は10度から50度の範囲が好
ましい。なお、この角度βとカム面47の傾斜面47c
の傾斜角度αと3つのバネ60〜62のバネ力を調整す
ることで、アシスト時の変速キー49が移動する限界の
駆動力を調整可能である。
が作用して変速キー49が軸方向に逃げてクラッチ部材
45が移動しない場合にも、ギアクランク18が上死点
又は下死点付近に到達して駆動力が小さくなると、変速
キー49によるアシスト力によりクラッチ部材45が押
圧され右方に移動する。このため、急な坂道等で非常に
大きな駆動力が作用しているときには変速は行われず、
変速ショックが小さくなるとともに、セレーション歯や
ワンウェイクラッチ等の駆動力の伝達部分が損傷しにく
くなる。
ルバネ62により変速キー49はカム面47から離れ
る。このため、クラッチ部材45が回転しても変速キー
49との接触による異音が発生することはない。そし
て、図9に示す直結位置に配置されると、前述したよう
に直結伝達経路を介して回転が駆動体22からハブシェ
ル23に伝達される。
状態で解除レバーが操作されると、さらにプッシュロッ
ド48が後退し、変速キー49がクラッチ部材45を押
圧する。このとき、クラッチ部材45のテーパ面45d
が第1ワンウェイクラッチ50のクラッチ爪53に接触
してクラッチ爪53を起立姿勢から退避姿勢に倒そうと
する。しかし、クラッチ爪53は、リングギア43から
ハブシェル23に動力を伝達しているので、第2コイル
バネ61の付勢力だけでは退避姿勢に倒しにくい。この
場合にも変速キー49がクラッチ部材45のカム面47
に当接すると、前述と同様にアシスト力が発生してクラ
ッチ部材45を軸方向に移動させ、クラッチ爪53を倒
すことができる。
操作の際には、クラッチ部材45を介さずに回転をリン
グギア43に直接伝達しているので、減速時の操作力を
軽減できる。しかも、増速側から減速側への減速変速操
作の際には、クラッチ部材45の回転力を軸方向の変位
に代えてアシストしているので、増速側への変速時にも
ペダルを踏んだままで軽い操作力で変速可能になる。
側に装着されているので、ハブ軸端からベルクランク2
6が外方に突出しなくなり、ベルクランク26の損傷を
防止できるとともにベルクランク26に物があたったり
引っ掛かったりしにくくなる。
されるものではなく、種々の変形が可能である。 (b) ベルクランク26の装着位置は前記実施形態に
限定されるものではなく、インナーケーブルを操作しな
い時に増速位置に配置する場合には、図2の左側にベル
クランク26を装着すればよい。
限定されるものではなく、外歯方式の伝達機構やベルト
やローラ方式の伝達機構等の種々の変形が可能である。
また、遊星歯車機構の構成についても同様に各種の構成
が可能である。たとえば、遊星歯車機構を、2つの左右
に並列された遊星歯車ユニットで構成し、これらの遊星
歯車ユニットの間にワンウェイクラッチを配置してもよ
い。
では、移動機構がハブ軸端より内側に装着されるので、
ハブ軸端から移動機構が外方に突出しなくなり、移動機
構の損傷を防止できるとともに移動機構に物があたった
り引っ掛かったりしにくくなる。
図。
部分図。
る図。
する図。
も、移動機構がハブ軸端から突出しているので、自転車
が転倒すると移動機構が損傷しやすい。このように移動
機構が損傷すると変速できなくなることがある。本発明
の課題は、内装変速ハブにおいて、移動機構の損傷を防
止することにある。
ば変速ケーブルを介して手元で操作すると、操作機構が
軸方向に移動し、動力伝達経路の一つが選択されて入力
体から駆動体を介して動力が従動体を経て出力体に伝達
される。この移動機構は、ハブ軸端より内側に装着され
るので、ハブ軸端から移動機構が外方に突出しなくな
り、移動機構の損傷を防止できる。
ており、遊星ギア42から駆動体22の外周側まで延び
ている。リングギア43の他端内周部には内歯43bが
形成されている。遊星ギア42は、前述のように太陽ギ
ア40に噛み合うと同時に、リングギア43の内歯43
bにも噛み合っている。また、リングギア43の一端側
には切欠き43aが形成されており、この切欠き43a
に、図4に示すように第1ワンウェイクラッチ50を構
成するクラッチ爪53がピン54により揺動自在に支持
されている。このクラッチ爪53は、捩じりコイルバネ
55により起立方向に付勢されている。第1ワンウェイ
クラッチ50は、リングギア43からハブシェル23に
進行方向の回転駆動力のみ伝達する。クラッチ爪53
は、ハブシェル23の内周面に形成されたラチェット歯
23bにリングギア43が進行方向に回転したときのみ
噛み合う。この第1ワンウェイクラッチ50は、リング
ギア43が進行方向に回転する伝達可能状態であっても
後述するクラッチ部材の移動によりクラッチ爪53がラ
チェット歯23bに噛み合う動力伝達状態と、ラチェッ
ト歯23bから退避する動力遮断状態とに切り換え可能
である。
駆動体22からリングギア43に進行方向の回転駆動力
のみを伝達する第2ワンウェイクラッチ51が配置され
ている。また、ギア枠41とハブシェル23との間に
は、ギア枠41からハブシェル23に進行方向の回転駆
動力のみを伝達する第3ワンウェイクラッチ52が配置
されている。なお、第3ワンウェイクラッチ52は、一
端内周部にセレーション内歯56aが形成された筒状の
クラッチケース56を有している。このセレーション内
歯56aがギア枠41のセレーション外歯41cに係合
し、クラッチケース56とギア枠41とは一体で回転す
る。これらの2つのワンウェイクラッチ51,52は、
第1ワンウェイクラッチ50と異なり伝達可能状態での
切り換えは行えない。
に、所定長さを有する操作体65と、操作体65の先端
に軸方向に移動可能に装着された作動体66と、操作体
65と作動体66との間に配置された第1コイルバネ6
0とを有している。操作体65は、ロッド部68とロッ
ド部68にねじ込まれた当接部69とを有している。ロ
ッド部68の基端にはネジ部68aが形成され、先端に
は大径部68bが形成されている。このネジ部68aが
当接部69にねじ込まれている。また、大径部68bが
作動体66の内部に形成されたガイド孔66aにスライ
ド自在に装着されている。なお、ガイド孔66aは操作
体65側が小径になっており、操作体65が抜けないよ
うになっている。第1コイルバネ60は、作動体66の
端面と当接部69の端部との間に圧縮状態で介装され、
作動体66と操作体65とを離反する方向に付勢し、作
動体66が変速キー49を押圧すると、クラッチ部材4
5をギア枠41側に付勢する。
の内部でカム面47に当接可能である。変速キー49が
カム面47の平坦面47aに当接した状態でクラッチ部
材45が進行方向に回転すると、変速キー49はカム面
47の傾斜面47cにより第2貫通溝21d側に押圧さ
れ軸方向左方への移動が規制され、クラッチ部材45が
軸方向右方に移動する。すなわち、クラッチ部材45の
回転駆動力を軸方向への変位に変換して変速操作をアシ
ストする。
れた板状部材からなり、底部71aと底部71aの一端
からハブ軸21側に延びる作用アーム71bと、底部7
1aの他端から作用アーム71bは直交する方向にハブ
軸21の内側に延びるインナー係止アーム71cとを有
している。この底部71aに沿ってリンク軸74が配置
されており、リンク軸74は、作用アーム71bと係止
アーム71cのそれぞれの基端を貫通して支持ブラケッ
ト70の支持部70bに装着されている。作用アーム7
1bの先端には円形の当接部71dが形成されており、
当接部71dがプッシュロッド48の後端に当接してい
る。また、係止アーム71cの先端にはケーブル掛け7
5が回動自在に装着されている。このケーブル掛け75
に変速操作ケーブル73のインナーケーブル73bが係
止されており、変速操作部9によりインナーケーブル7
3bを引くことでリンク部材71が揺動し変速操作が行
われる。
ブレーキ27は、図1に示すように、クラッチケース5
6に装着されている。コースターブレーキ27は、クラ
ッチケース56に支持されたブレーキローラ57と、ギ
ア枠41の他端外周に形成されたカム面41dと、ハブ
シェル23の他端内面に制動作用するブレーキシュー5
8とを備えている。ブレーキローラ57は、駆動体22
が逆方向に回転した際にカム面41dにより径方向外方
に押されるようになっている。この結果、ブレーキシュ
ー58がハブシェル23の内面に接触して制動する。
ット歯23bと、第1ワンウェイクラッチ50のクラッ
チ爪53との間に一定角度の遊びを設け、その遊び分リ
ングギア43が回転する間にブレーキを解除できるよう
にするものである。すなわち、爪ケージ59は、クラッ
チ爪53を一定角度起立できないようにするか、又は起
立していても一定角度ラチェット歯23bに係止できな
い位置で起立させ、駆動開始時のクラッチ爪53がラチ
ェット歯23bに係止される時間を遅らせるものであ
る。
およびワンウェイクラッチ50〜52により、この内装
変速ハブ10は、駆動体22−リングギア43−遊星歯
車機構24−ギア枠41−ハブシェル23で構成される
減速動力伝達経路と、駆動体22−リングギア43−ハ
ブシェル23で構成される直結動力伝達経路と、駆動体
22−クラッチ部材45−ギア枠41−遊星歯車機構2
4−リングギア43−ハブシェル23で構成される増速
動力伝達経路とを有している。変速は、プッシュロッド
48を変速操作ケーブル73を介してベルクランク26
で操作することにより行う。
転は、増速伝達経路を介してハブシェル23に伝達され
る。すなわち、駆動体22からクラッチ部材45を介し
てギア枠41に伝達され、さらにギア枠41に伝達され
た回転は、遊星歯車機構24、リングギア43及び第1
ワンウェイクラッチ50を介してハブシェル23に伝達
される。この場合は、太陽ギア40、遊星ギア42及び
リングギア43の歯数によって決定される変速比で入力
回転は増速して出力される。なお、このとき、駆動体2
2から第2ワンウェイクラッチ51を介してリングギア
43に向けて回転が伝達されようとするが、リングギア
43の回転の方が駆動体22より速いので第2ワンウェ
イクラッチ51から回転は伝達されない。
は、駆動体22とリングギア43との間で直接回転が伝
達されるため、力が作用していないクラッチ部材45を
移動させればよい。このため、クラッチ部材45を押す
ための第1コイルバネ60のバネ力は小さくてよく、軽
い変速操作を実現できる。 〔増速−減速側でのアシスト動作〕図10に示す増速位
置で変速操作部9の解除レバーが操作されると、第1コ
イルバネ60による付勢力がなくなり、第2コイルバネ
61により変速キー49が押圧されてプッシュロッド4
8は一段分右方に移動する。そして、変速キー49が第
3コイルバネ62を介してクラッチ部材45を押圧して
クラッチ部材45を直結位置に移動しようとする。ペダ
ルを踏んでおらず駆動力が伝達されていないときにはク
ラッチ部材45がギア枠45から離脱し、クラッチ部材
45は直結位置に移動する。しかし、ペダル踏んでいる
とクラッチ部材45からギア枠41に駆動力が伝達され
ているので、セレーション内歯41bとセレーション外
歯45cとが摩擦力により噛み合ったままになることが
ある。このような場合、第2コイルバネ61のバネ力だ
けではクラッチ部材45が図10右方に移動しない。こ
のような状態で、図5に示すように、変速キー49がク
ラッチ部材45のカム面47の平坦面47aに当接する
と、クラッチ部材45の進行方向Aへの回転により変速
キー49が貫通溝21bに挿入された部分の全長で案内
面21c側に押圧され摩擦力により軸方向に逃げにくく
なる。この結果、変速キー49が傾斜面47cに乗り上
げると、クラッチ部材45が右方に移動する。そしてセ
レーション内歯41bとセレーション外歯45cとの噛
み合いが外れると、クラッチ部材45は、変速キー49
を介して第2コイルバネ61により押圧されて直結位置
に移動する。すなわち、変速キー49とクラッチ部材4
5のカム面47との接触によりクラッチ部材45の回転
運動が軸方向の変位に変換され変速をアシストする。
側に装着されているので、ハブ軸端からベルクランク2
6が外方に突出しなくなり、ベルクランク26の損傷を
防止できる。
Claims (8)
- 【請求項1】自転車のフレームに装着可能であり、入力
体からの動力を選択された所定の変速比で出力体に伝達
する自転車用内装変速ハブであって、 前記フレームに固定可能なハブ軸と、 前記ハブ軸に回転自在に支持され前記入力体に連結可能
な駆動体と、 内部に収納空間を有し、前記ハブ軸回りに回転可能であ
り前記出力体に連結可能な筒状の従動体と、 前記従動体の収納空間内に配置され、複数の動力伝達経
路を有し、前記駆動体からの動力を前記複数の動力伝達
経路のうち選択された一つの経路を介して前記従動体に
伝達する動力伝達機構と、 前記ハブ軸の内部に軸方向に移動自在に配置され、移動
することで前記複数の動力伝達経路の一つを選択するた
めの操作機構と、 前記フレームに装着された状態で前記ハブ軸に前記ハブ
軸の軸端より内側に装着可能であり、前記操作機構を前
記軸方向に移動させるための移動機構と、を備えた自転
車用内装変速ハブ。 - 【請求項2】前記操作機構を前記軸方向の一方に付勢す
る付勢部材をさらに備え、 前記移動機構は、前記操作機構を前記軸方向の他方に移
動させる、請求項1に記載の自転車用内装変速ハブ。 - 【請求項3】前記移動機構は、揺動により前記操作機構
を押して移動させる、請求項1又は2に記載の自転車用
内装変速ハブ。 - 【請求項4】前記移動機構は、 前記ハブ軸の軸端より内側に装着される支持部材と、 中間が前記支持部材に揺動自在に支持され、基端が変速
操作ケーブルに係止可能であり、先端が前記操作機構に
当接可能なリンク部材と、を有する請求項3に記載の自
転車用内装変速ハブ。 - 【請求項5】前記支持部材は、前記フレームより内側で
前記ハブ軸に装着可能である、請求項4に記載の自転車
用内装変速ハブ。 - 【請求項6】前記変速操作ケーブルはインナーケーブル
とアウターケーシングとを有し、 前記インナーケーブルは前記リンク部材に係止可能であ
り、前記アウターケーシングは前記支持部材に係止可能
である、請求項4又は5に記載の自転車用内装変速ハ
ブ。 - 【請求項7】前記ハブ軸には前記操作機構の端部を露出
させるための溝が形成されており、前記リンク部材の先
端は前記溝の内部で前記操作機構に当接する、請求項4
から6のいずれかに記載の自転車用内装変速ハブ。 - 【請求項8】前記操作機構は、前記ハブ軸の内部に配置
された棒状部材と、前記棒状部材に連動して移動して前
記動力伝達経路を切り換えるクラッチ部材とを有する、
請求項1から7のいずれかに記載の自転車用内装変速ハ
ブ。
Priority Applications (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09117996A JP3142247B2 (ja) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | 自転車用内装変速ハブ |
TW087106077A TW408071B (en) | 1997-05-08 | 1998-04-21 | Internal speed-changing hub for bicycle |
US09/074,446 US6134980A (en) | 1997-05-08 | 1998-05-06 | Internal bicycle hub transmission having an operating unit disposed inboard of the free end of an axle |
RU98108895/28A RU2215666C2 (ru) | 1997-05-08 | 1998-05-06 | Велосипедная втулка с внутренним переключением передач |
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