JPS6223175B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、例えばコースターブレーキ付きハブ
などにおいて、スプロケツトホイールを備えた駆
動体によりねじ送りされるクラツチコーンと、ハ
ブ体の内周に形成されたコーン状のクラツチ面と
により構成され、クラツチコーンをクラツチ面に
押し付けることにより駆動体の回転力をハブ体に
伝える一方、クラツチコーンをクラツチ面から離
すことによりハブ体がフリー回転しうるように機
能するクラツチ装置の改良に関する。

【従来の技術および発明が解決すべき課題】

本発明者は、先に、コースターブレーキ付きハ
ブ等において、駆動体によつてねじ送りされるク
ラツチコーンのコーン状のクラツチ外面とハブ体
の内周のコーン状のクラツチ内面が互いにこすり
合わせ状に接合した駆動力に伝達するように構成
された、いわゆるコーンクラツチが、従来そのテ
ーパの開角が狭く、クラツチ接合時に両クラツチ
面がくさび状に食い付くという不都合があつた点
を改良し、そのテーパの開角を大きくするととも
に両クラツチ面に互いに向きが逆の爪歯を形成す
ることにより、上記のような食い付きをなくすと
同時に駆動力伝達時には両クラツチ面の爪歯が掛
合してクラツチのすべりを完全になくすようにし
たクラツチ装置を提案した（特願昭58−37803号
参照）。また、本発明は、上記のように改良した
クラツチ装置を、いわゆるフリーホイールに代わ
る一方向クラツチとして応用した自転車用ユニツ
トハブも提案している（特願昭58−42943号およ
び特願昭58−46942号参照）。 本発明は上記の本発明者が提案したクラツチ装
置をさらに改良し、クラツチ切れがよりスムース
に行なわれるようにすることにより、このクラツ
チ装置の用途をさらに拡大しうるようにしたもの
である。 本発明にかかるクラツチ装置は、第１図に示す
ような、ペダルを逆転することによつても前進駆
動走行しうる自転車のハブに適用すると、この自
転車を初めて実用化すること可能となる。この自
転車の原理は次の通りである。 ハブ１には、フリーギヤがハブ１に対して相対
正転することができず、かつ、相対逆転すること
ができるように構成した一対のフリーホイール
２，３が並設されており、これらのフリーホイー
ル２，３にはチエーンＣが図のようにかけられて
いる。前記のフリーホイール２，３は、通常のフ
リーホイールと同様、中子とこれに回転可能に支
持したフリーギヤ体との間に一方向クラツチたる
ラチエツト機構が組み込まれたものが用いられて
いる。 図において、ペダルを正回転させると、チエン
Ｃは、Ａ方向に走行し、フリーホイール２のみが
正転してチエンの駆動力をハブ１に伝え、自転車
は前進する。このときフリーホイール３はフリー
逆転している。一方、ペダルを逆回転させる場
合、チエンＣがＢ方向に走行し、フリーホイール
３のみが正転してチエンＣの駆動力をハブ１に伝
え、この場合においても自転車は前進する。この
ときもう１個のフリーホイール２はフリー逆転す
る。したがつて、この自転車は、ペダルを正転し
ているときも逆転しているときも前進することに
なる。前記２個のフリーホイールの歯数が異なる
ようにしておけば、ペダルを正転させるときと逆
転させるときで自転車の走行速度が変わる２段変
速機能を有する自転車が達成されるし、また、ペ
ダルを回転させるのではなくシーソーのように揺
動するようにこいでも前進するというユニークな
ものととすることもできる。しかしながら、この
ような自転車においてハブに何の考慮も施さない
と、この自転車をバツクさせることができない、
という問題が生じる。すなわち、自転車をバツク
させハブを逆転しようとすると、前記の２個のフ
リーホイールはともにフリーギヤ体が中子に対し
て相対逆転できて相対正転しえないようになつて
いるため、逆転する中子は２個のフリーギヤ体を
ともに逆転させようとするのである。しかしなが
ら図のようなチエンのかけかたから明らかなよう
に、事実上２個のフリーギヤがともにおなじ方向
に回転することはできないため、結果的にこの自
転車をバツクさせることはできないことになる。
たとえば駐車させた自転車を後方へ引き出すこと
などを想定すると、上記の問題を解決しない限
り、この自転車を実用化することができないこと
は明らかである。 第１図に示す自転車における上記のような問題
を解決するには、自転車の停止時に２個のフリー
ホイールとは無関係にハブ体が自由回転しうるよ
うにすることが必要である。ただし、走行中にフ
リーホイールと無関係にハブ体が自由回転すると
通常の走行ができなくなるので、走行中は、フリ
ーホイールとハブ体の動力伝達経路を確保してお
かなければならない。ここに、本発明のクラツチ
装置をハブ内に適用する余地が生じるのである。
本発明によつて改良されたクラツチ装置を第１図
の自転車のハブに適用すると、この自転車の上記
の問題は見事に解決され、この自転車の実用化が
はじめて可能となる。 すなわち、本発明の目的は、駆動体の停止時に
ハブ体が正転すると、駆動体とハブ体との間の動
力伝達経路が完全に断たれ、このときハブ体が駆
動体に対して正逆の双方向に自由回転することが
できる一方、駆動体が正転するとこの駆動体と前
記ハブ体とを連結し、駆動体の回転力がハブ体に
伝達されるようにしたクラツチ装置を提供するこ
とである。

【課題を解決するための手段】

上記の課題を達成するため、本発明では次の技
術的手段を講じている。 すなわち、本発明は、 ハブ軸と、 ハブ軸の一端部において回転可能に支持され、
外方にスプロケツトを、内方に螺軸部をもつ駆動
体と、 ハブ軸の他端部と上記駆動体の外周とに、両端
部内周において回転可能に支持され、駆動体側内
周に、軸方向内方ほど拡径する円錐内面状のクラ
ツチ内面をもつハブ体と、 上記螺軸部に、螺軸部の正転時、上記クラツチ
内面方向にねじ送りされるように螺合され、上記
クラツチ内面と密着接合しうる円錐外面状のクラ
ツチ外面をもつクラツチコーンと、 を少くとも備える自転車用ユニツトハブあるいは
コースターブレーキ付ハブ等において、 上記ハブ体のクラツチ内面と、上記クラツチコ
ーンのクラツチ外面の双方に、互いに掛合しう
る、なめらかな頂部を有する掛合突部を設けたこ
と、を特徴とする。

【作用および効果】

駆動体が正転駆動されるとき（自転車の右方か
ら見てハブ軸に関して右まわりの回転を正転、左
回りの回転を逆転という。以下おなじ）、この駆
動体の螺軸部によつてクラツチコーンはハブ体の
クラツチ内面の方へ移動させられ、これのクラツ
チ外面はハブ体のクラツチ内面に接合するととも
に両クラツチ面の掛合突部同士が掛合し、駆動体
の駆動力を確実にハブ体に伝達する。一方、走行
中ペダルを止めて駆動体の回転が停止している場
合には、ハブ体は、自転車の惰力走行によつて正
転しているから、これのクラツチ内面の前記掛合
突部がクラツチコーンの掛合突部を引つ掛けてこ
のクラツチコーンを強制的に正方向に回転させる
ため、このクラツチコーンは駆動体の螺軸上を前
記クラツチ内面から離れる方向に送られ、両掛合
突部同士の掛合が解かれてもクラツチコーンが若
干オーバランするためにクラツチ装置の動力伝達
は確実に断たれる。クラツチ装置の動力伝達が断
たれると、ハブ体は正方向のみならず、逆方向に
もフリー回転することができるようになる。 また、従来、コースターブレーキ付きハブ等に
用いられていたコーンクラツチは、その駆動力を
確実にハブ体に伝達するようにするにはコーンの
テーパの開角を狭め、クラツチ接合時のくさび効
果を高める必要があり、このようにすると逆にク
ラツチ切れが悪くなるという性質があり、その構
造上、駆動伝達の確実性とクラツチ切れの良好性
を同時に満足することはできなかつたのである
が、本発明のクラツチ装置をコースターブレーキ
付きハブに適用すると駆動伝達の確実性を共に満
足させることができる。 なお、上記の本発明の技術的手段のうち、両ク
ラツチ面に設けるべき掛合突起の頂部をなめらか
にしたことによる特有の効果は、次に説明する実
施例の説明において明らかにする。

【実施例の説明】

以下、本発明の一実施例を図面を参照しつつ具
体的に説明する。図面には、第１図に示した自転
車の駆動部に使用するように特に構成したユニツ
トハブに本発明を使用した例を示してある。 第２図および第３図において、１１はハブ体、
１２は外方部に歯数の異なる一対のフリーホイー
ル２，３が取付けられ、ハブ体１１の内部に延入
する右ねじの螺軸部１３を有する駆動体、１４は
駆動体１２の螺軸部１３に螺合され、かつ駆動体
１２が回転することによりハブ軸１５方向に往復
移動可能なクラツチコーンをそれぞれ示す。前記
一対のフリーホイール２，３は、駆動体１２の外
方部に形成した螺軸部１６に軸方向にならべてそ
の中子１７，１８をねじ付けるとよいが、本実施
例においては、フリーホイール３の中子１８の軸
方向長さを駆動体１２の螺軸部１６より長くし、
まず、螺軸部１６にフリーホイール３をねじ付け
た後前記螺軸部１６とおなじ径の螺軸を形成した
アタツチメント１９をフリーホイール３の中子１
８のねじ穴にねじ付け、さらにこのアタツチメン
ト１９にフリーホイール２の中子１７をねじ付け
るようにして、フリーホイール２をフリーホイー
ル３の外側に適宜つなげうるように構成してあ
る。これらのフリーホイール２，３はラチエツト
機構を介装することにより中子に対してギヤ体が
一方向にのみ回転可能に支持させた公知の構造の
ものを利用することができる。 駆動体１２は、その外方内周に形成されたワン
２０と、ハブ軸１５にねじ付けられた玉押し２１
との間に転動可能な複数の鋼球２２を介装するこ
とにより、ハブ軸１５に対して回転可能となつて
いる。また、ハブ体１１は、これの左端部内周に
設けられたワン２３とハブ軸１５の左方部にねじ
付けられた玉受け部材２４との間、および、ハブ
体１１の右端部内周に形成した玉受け２５と駆動
体１２のフリーホイールより内側の肩部に形成し
た玉受け面２６との間にそれぞれ転動可能な複数
個の鋼球２７，２８を介装することにより、ハブ
軸１５に対しても駆動体１２に対しても相対回転
可能となつている。上記ハブ体１１は、次に説明
する本発明のクラツチ装置２９により、駆動体１
２が正転駆動しようとするときはこの駆動力によ
り確実に正方向に回転させられ、一方、駆動体１
２の駆動力が解除されたとき、または駆動体１２
が停止しているときは、正方向のみならず逆方向
にも自由回転することができるようになつてい
る。 前記クラツチ装置２９は、前記ハブ体１１の右
端部内周面になめらかな頂部をそなえた掛合突部
３０を有する内方拡開コーン状のクラツチ内面３
１を形成するとともに、駆動体１２の螺軸部１３
にねじ付けられたクラツチコーン１４の外周に前
記クラツチ内面３１と接合しうる、なめらかな頂
部をそなえた掛合突部３２を有するコーン状のク
ラツチ外面３３を形成することにより構成され、
さらに本実施例においては、前記クラツチコーン
１４とハブ軸１５との間に摩擦部材を介在させる
ことによりこのクラツチコーン１４のハブ軸１５
に対する相対回転に一定の摩擦抵抗を付与し、さ
らに前記クラツチコーン１４を常時前記クラツチ
内面３１から離れる方向に弾力的に付勢するとい
う構成を付加してある。 前記クラツチ内面３１およびクラツチ外面３３
に設けるなめらかな掛合突部３０および３２は、
たとえば、第６図に詳細に示されているように、
ゆるやかなのぼり斜面３４とやや急なくだり斜面
３５とを断面円弧状のなめらかな頂部でつないだ
ような断面形状を有するラチエツト歯に似たもの
とすることができる。ただしラチエツト歯のよう
に歯先が鋭角状に切り立つたものは不可で、あく
までもその山形状は鋭角状のなだらかなものとす
ることが肝要である。第６図に示されているよう
に、クラツチ内面３１の掛合突部３０とクラツチ
外面３３の掛合突部３２は同様の形状に形成すれ
ばよいが、互いにほぼ密着しうるようにその向き
が逆となつている。また、クラツチコーン１４が
ハブ体１１に駆動力を伝達するときは互いの急な
くだり斜面３５同士が接合する。これらの掛合突
部３０および３２は、図示例のように形成しなけ
ればならないことは必ずしもなく、たとえば断面
が三角山、台形山あるいは丸状山、さらにはこれ
らを組み合せたもの等種々の形態とすることがで
きる。また、図示例においては、クラツチ内面３
１の掛合突部３０を連続的に形成し、クラツチ外
面３３の掛合突部３２を間欠的に形成してある
が、これとは逆に、掛合突部３２を連続的に形成
するとともに掛合突部３０を間欠的に形成するこ
と、あるいは、双方を連続的に形成し、または間
欠的に形成することもできる。 また、本実施例のクラツチ装置２９において、
前記クラツチコーン１４を常時クラツチ内面３１
から離れる方向、すなわち図示例においては第２
図Ｑ方向に向け弾力付勢するのであるが、これ
は、たとえば次のように構成することができる。 駆動体１２の螺軸部１３部における軸方向の内
孔３６とハブ軸１５との間に空間３７を形成する
とともに、この空間３７に、ハブ軸１５に套挿す
るようにして圧縮コイルバネ３８を介装し、この
圧縮コイルバネを利用して前記クラツチコーン１
４を弾力付勢するのである。この圧縮コイルバネ
３８の外端部は、たとえば玉押し２１の内端壁に
当接させるとともに若干縮径させてハブ軸１５に
巻付くようにする一方、内端部３８ａはハブ軸１
５に摺動自在にはめこまれたドーナツ円板状の係
止板３９の係合部に係合させてある。さらに、こ
の係止板３９の外周部内壁は、クラツチコーン１
４の内周にはめ込んだ止め輪４０の外側壁に当接
させてある。かくして前記圧縮コイルバネ３８の
弾力により、第２図矢印Ｑ方向に常時押しやられ
る前記の係止板３９が止め輪４０を第２図矢印Ｑ
方向に押すこととなるので、結果的にクラツチコ
ーン１４は常時第２図矢印Ｑ方向に弾力的に付勢
されることとなる。この圧縮コイルバネ３８の外
端部は上記のようにハブ軸１５に巻付くようにす
るほか、玉押し２１に適当な係合部を設けてこれ
に係合させるなどしてもよい。また、クラツチコ
ーンを弾力付勢するための手段として、図示例に
おいては係止板３９の右側に圧縮コイルバネを介
装して、この係止板を第２図Ｑ方向に押すように
しているが、係止板３９の左側に引張バネ（図示
略）を介装することにより、係止板３９を第２図
Ｑ方向に引つ張るようにしてもよいことは勿論で
ある。 さらに、本実施例のクラツチ装置２９において
は、クラツチコーン１４のハブ軸１５に対する相
対回転に一定の摩擦抵抗を付与するのであるが、
図示例においてはこれを、内周部がハブ軸１５に
対して固定状の玉受け２４の内方部に形成した軸
部４１に取付けられ、かつ、外周部がクラツチコ
ーン１４の内周面に弾性的に摺接する渦巻きバネ
４２を介装することにより構成している。なお、
前記の圧縮コイルバネ３８の弾力をある程度大き
くすると、前記係止板３９と前記止め輪４０との
間にある程度の摺動抵抗を得ることができるの
で、このようにした場合上記の渦巻きバネ４２を
省略することができる。なお、クラツチコーンの
ハブ軸に対する相対回転に抵抗を付与するための
手段としては、そのほか、クラツチコーン１４と
ハブ軸１５との間隙に樹脂製の摩擦ブロツク（図
示略）を充填するなど種々の手段が考えられる。 なお、前記クラツチコーン１４のねじ部および
駆動体の螺軸部１３の一方または双方には、クラ
ツチコーン１４の送りを円滑にするため、たとえ
ばフツ素樹脂コーテイングを施す時、摩擦抵抗を
低減するための手段を講じておくことが好まし
い。 次に、本実施例の動作について説明する。 駆動体１２に取付けられた一対のフリーホイー
ル２，３には、第１図に摸式的に示した自転車と
同様にチエンＣが掛けられているものとする。 ペダルを正転方向にこぐと、外側のフリーホイ
ール２が駆動体１２を正方向に回転させる。この
とき内側のフリーホイール３は、逆方向にフリー
回転してカチヤカチヤというラチエツト音を発生
させている。駆動体１２が正転すると、クラツチ
コーン１４は、ハブ軸１５に対して相対回転しに
くくなつているから、回転しないまま駆動体１２
の送りねじ１３に送られて第２図矢印Ｐ方向に移
行し、そのクラツチ外面３３がハブ体１１のクラ
ツチ内面３１に接合する。クラツチ外面３３がク
ラツチ内面３１に接合するとこのクラツチコーン
１４はそれ以上矢印Ｐ方向に移行することができ
ないから、駆動体１２と共回りを始め、この駆動
体１２の正転がハブ体１１に伝達される。したが
つてペダルをこぐ力がハブ体１１の正転に伝達さ
れ、自転車は前進する。このときのクラツチ外面
３３およびクラツチ内面３１の接合状態を第５図
ａに示してある。このとき、両クラツチ面の掛合
突部３０，３２同士が掛合するので、相対的にす
べりが発生することは全くなく、したがつて駆動
体１２の回転駆動力を確実にハブ体１１に伝達す
ることができるのである。 ペダルを逆転方向にこぐと内側のフリーホイー
ル３が正転し、これが駆動体１２を正転させる。
このとき外側のフリーホイール２は逆方向にフリ
ー回転し、ラチエツト音を発生させている。この
場合においても駆動体１２は正転駆動されるの
で、上記と同様にハブ体１１が正転させられる。
ただし、図示例の場合、外側のフリーホイール２
の方が内側のフリーホイール３より径が大きいの
で、ペダルを正方向にこぐ場合の方が大きな力を
ハブ体１１に伝えることができる。 一方、走行中ペダル回転を停止すると、駆動体
１２の回転も停止する。しかし自転車は惰力によ
り前方に走行しているからハブ体１１は正方向に
回転している。クラツチコーン１２はそのクラツ
チ外面３３の掛合突部３２がハブ体１１側のクラ
ツチ内面３１の掛合突部３０に引つ掛けられて強
制的に正方向に連れ回りさせられ、したがつて螺
軸部１３上を第２図矢印Ｑ方向に移動させられ
る。このときの状況を第５図ｂおよびｃに示して
ある。このクラツチコーン１２がある程度矢印Ｑ
方向に移行させられるとやがて両クラツチ面３
１，３３の突部３１，３２の引つ掛かりもなくな
り、ハブ体１１のクラツチコーン１４ないし駆動
体１２との連繋は完全に遮断され、したがつてハ
ブ体１１は正方向のみならず逆方向にも自由回転
することができるようになる。このことは、自転
車のペダルを止めた状態での惰力走行ができると
ともに、自転車をバツクすることができるという
ことを意味する。 第１図に示す自転車においては駆動体１２が逆
転することができない、ということは前にも説明
した。したがつて、バツクさせる場合などにおい
てハブ体１１が逆転しているとき、不用意にこの
ハブ体１１の逆回転がクラツチコーンないし駆動
体１２に伝達されるようなことがあつてはならな
いことが理解されるであろう。本発明において
は、両クラツチ面３１，３３の掛合突部３０，３
２の頂部をなめらかな形状とすることにより、上
記のような不都合が生じることを効果的に回避し
ているのである。すなわち、クラツチコーン１４
は、上記のようにハブ体１１の掛合突部３０に引
つ掛けられて連れ回りさせられるとき、自身の惰
力回転により前記掛合突部３０に対する引つ掛り
の可能性が完全になくなるまでＱ方向に移行す
る。そうして、この状態からクラツチコーン１４
に何らかの外力が作用して若干矢印Ｐ方向に戻
り、両掛合突部３０，３２の頂部同士がが接触す
るようなことがあつても、これらの掛合突部の頂
部はなめらかな形状となつているため、相互掛合
には至らず、ハブ体１１の逆転力がクラツチコー
ン１４に伝達されることはない。なお、本実施例
のようにとくにクラツチコーン１４を第２図矢印
Ｑ方向に付勢しなくとも、前記両掛合突部３０，
３２の頂部をなめらかにするという構成だけで、
ハブ体１１が逆転するときにこの両掛合突部３
０，３２が不用意に掛合することを回避しうるこ
とはいうまでもない。 以上説明したように、本発明のクラツチ装置
は、駆動体を停止したときハブ体を正逆両方向に
自由回転させることができるとともに駆動体が正
転駆動する場合にはその駆動力を確実にハブ体に
伝達することができるので、たとえば、第１図に
示すような自転車のハブ内に使用するクラツチと
して適用することができる。また、本発明は第１
図のような特殊な自転車のみならず、通常の自転
車のハブにおける一方向伝動クラツチとして用い
れば、ラチエツト機構を備えた従来のフリーホイ
ールを省略することができる。またこの場合に
も、自転車をバツクさせるときペダルが逆回転し
ないので、左右に隣の自転車が密接して置かれた
駐輪場から自己の自転車を引き出すときに都合が
よいなどの効果もでてくる。さらに本発明のクラ
ツチ装置は、コースターブレーキ付きハブにおい
て、駆動体の回転力をハブ体に伝達したり、その
駆動力の伝達を解除したりするコーンクラツチに
代えて使用しうることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のクラツチ装置を適用すると
有利な自転車の一例の駆動部の概略構成図、第２
図は、本発明の一実施例の縦断面図、第３図は、
第２図のものの構成部品を分解した状態で示す斜
視図、第４図ａは、クラツチコーンの一部断面
図、第４図ｂは、ハブ体の一部断面図、第４図ｃ
は、駆動体の一部断面図、第５図ａは、第２図の
−線断面図、第５図ｂは、クラツチ装置のク
ラツチ内面とクラツチ外面が離れたときの第５図
ａに相当する図、第６図ａ，ｂ，ｃはクラツチ内
面およびクラツチ外面の詳細および作用説明図で
ある。 １１……ハブ体、１２……駆動体、１３……螺
軸部、１４……クラツチコーン、１５……ハブ
軸、３０……掛合突部、３１……クラツチ内面、
３２……掛合突部、３３……クラツチ外面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハブ軸と、 ハブ軸の一端部において回転可能に支持され、
   外方にスプロケツトを、内方に螺軸部をもつ駆動
   体と、 ハブ軸の他端部と上記駆動体の外周とに、両端
   部内周において回転可能に支持され、駆動体側内
   周に、軸方向内方ほど拡径する円錐内面状のクラ
   ツチ内面をもつハブ体と、 上記螺軸部に、螺軸部の正転時、すなわちこの
   螺軸部が、駆動力を伝達された駆動体の回転方向
   と同方向に回転する時、上記クラツチ内面方向に
   ねじ送りされるように螺合され、上記クラツチ内
   面と密着接合しうる円錐外面状のクラツチ外面を
   もつクラツチコーンと、 を少くとも備える自転車用ユニツトハブあるいは
   コースターブレーキ付ハブ等において、 上記ハブ体のクラツチ内面と、上記クラツチコ
   ーンのクラツチ外面の双方に、互いに掛合しう
   る、なめらかな頂部を有する掛合突部を設けたこ
   とを特徴とする、自動車用ユニツトハブあるいは
   コースターブレーキ付ハブ等におけるクラツチ装
   置。